半导体激光器

半导体激光器目录CONTENTS基本介绍及发展基本原理及构成分类、应用及发展前景1234主要特性基本介绍及发展高能态电子束>低能态电子束高能态低能态同频同相的光发射同频同相光谐振腔内多次往返放大激光激光：通过一定的激励方式，实现非平衡载流子的粒子数反转，使得高能态电子束大于低能态电子束，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生激光。激光具有很好的方向性和单色性。用途十分广泛高功率半导体激光器①、1962年9月16日，通用电气公司的罗伯特·霍尔（RobertHall）带领的研究小组展示了砷化镓（GaAs）半导体的红外发射，

首个半导体激光器的诞生。②、70年代，美国贝尔实验室研制出异质结半导体激光器，通过对光场和载流限制，从而研制出可在室温下连续运转且寿命较长的激光器。③、80年代，随着技术提升，出现了量子陷和超晶格等新型半导体激光器结构；1983年，波长800nm的单个输出功率已超过100mW，到了1989年，0.1mm条宽的则达到3.7W的连续输出，转换效率达39%。④、90年代在泵浦固体激光器技术推动下，高功率半导体激光器出现突破进展。。1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线阵连续波输出功率达121W，转换效率为45%。基本原理构成半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的半导体激光器，由于物质结构上的差异，不同种类产生激光器不同。常用工作物质有砷化（GaAs）、硫化镉（CdS）等。工作原理：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或能带与杂质能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。激励方式主要有：电注入式、光泵浦、电激励。而将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激光器靶条，将多个靶条耦合就可实现高功率半导体激光器。半导体激光器工作原理图半导体激光器半导体激光器基本结构主要包括：1）光隔离器：其作用是防止LD输出的激光反射，实现光的单向传输。位于LD的输出光路上；2）监视光电二极管（PD）：其作用是监视LD的输出功率变化，通常用于自动功率控制。位于LD背出光面；3）尾纤和连接器；4）LD的驱动电路（包括电源和LD芯片之间的阻抗匹配电路）；5）热敏电阻：其作用是测量组件内的温度；6）热电制冷器（TEC）：一种半导体热电元件，通过改变外部工作电流的极性达到加热和冷却的目的；7）其他准直激光器输出场的透镜、光纤耦合器及固定光纤的支架等。主要特性半导体激光器的特性转换效率高：>70%。体积小：<1mm3寿命长，可达数十万小时输出波长范围广：0.6-1.1um，2~3um。易调制：直接调制缺点：发散角大，光束质量差。输出特性：Ⅰ、输出功率和转换效率：标志半导体激光器质量水平的一个重要特征是转换效率。通常用量子效率和功率效率来衡量。

1）功率效率：2）量子效率：量子效率定义为输出光子数随注入的电子数增加的比率，考虑到hv=Eg=eVb,有

而其中的

定义为斜率效率：

在实际测量中，由下式得出：

光束发散角：半导体激光器的远场并非严格的高斯光束，有较大的且在横向和侧向不对称光束发散角。由于半导体激光器有缘层较薄，因而在横向有较大的发散角ө式中，n2和d分别为激光器有缘层的折射率和厚度；n1为限制层的折射率；λ为激射波长理想的高斯场分布半导体激光器发散角与有缘层厚度的关系显然，当d很小时，可忽略上式分母中的第二项，有可见，ө随d的增加而增加分类、应用及发展前景Ⅰ、半导体激光器的分类有多种方法。按波长分：中远红外激光器、近红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等；按结构分：双异质结激光器、大光腔激光器、分布反馈激光器、垂直腔面发射激光器；按应用领域分：光通信激光器、光存储激光器、大功率泵浦激光器、引信用脉冲激光器等；按管心组合方式分：单管、阵列（线阵、面阵）；按注入电流工作方式分：脉冲、连续、准连续等；制备方法有同质结合异质结之分。分类：Ⅱ、与同质结激光器相比，异质结激光器具有以下优点：

1）阈值电流低，同时阈值电流随温度的变化小；

2）由于界面处的折射率差异，光子被限制在作用区内；

3）能实现室温下的连续振荡。应用：半导体激光器应用十分广泛，主要分布在军事、生产和医疗方面：军事：Ⅰ)激光引信。半导体激光器是唯一能够用于弹上引信的激光器。Ⅱ)激光制导。它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。Ⅲ)激光测距。主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域。Ⅳ)激光雷达。高功率半导体激光器已用于激光雷达系统

生产：Ⅰ)光纤通信。Ⅱ)光盘存取。Ⅲ)光信息处理。半导体激光器已用于光信息处理系统。Ⅳ)激光报警器。Ⅴ)激光机打印机。医疗：Ⅰ)激光手术治疗。半导体激光已经用于软组织切除，组织接合、凝固和汽化。Ⅱ)激光动力学治疗。通过半导体激光照射使癌组