《半导体激光器技术发展国内外文献综述》2600字

半导体激光器技术发展国内外文献综述1半导体激光器的发展激光器的发展起始于1916年爱因斯坦提出的受激辐射，这一基本概念的提出奠定了后面激光器发展的理论基础。四十余年后，即1956年左右，研究人员们才开始对半导体激光器展开研究，并提出了许多合理的想法。1958-1961年，当时的研究人员提出了半导体实现粒子数反转的必要条件，并提出了使用半导体材料研制激光器的想法。1962年，同质结GaAs半导体激光器问世，但是GaAs这一物质无法在室温下连续的受激发射[2]，导致这一发明无法在工业领域得到应用，但是这是一个开创性的研究进展，为后续异质结半半导体激光器的研究奠定了基础。1963年，研究人员们针对同质结半导体激光器存在的无法在室温下连续受激发射这一问题，提出异质结半导体激光器的概念。1967年首个单异质结半导体激光器问世，但是仍未能解决同质结半导体激光器存在的问题，但这一发展激励着研究人员向双异质结半导体激光器迈进。自单异质结半导体激光器问世三年之后，在前人研究的基础下双异质结半导体激光器成功被研发出来，并且很好的解决了同质结半导体激光器无法在室温下连续受激发射这一问题。同年，超晶格量子阱这一概念被首次提出，再次为半导体激光器的发展指明了新的方向。1975年，首个量子阱激光器研制成功，但是存在诸多缺点，例如无法在室温下稳定振荡等。1979年，美籍华裔学者谢肇鑫利用液相外延的方法实现了室温下的超量子阱激光器的连续受激发射，进一步推动了半导体激光器的发展。1982年，Bell实验室成功研制出可连续工作的半导体量子阱激光器，这一研究成果标志着量子阱激光器的研究进入了一个崭新的历程[2]。20世纪末，在量子阱激光器的研究基础上，高功率的单量子阱半导体激光器成功被研制出来，使半导体激光器的应用领域进一步拓宽。同时20世纪末的研究进展也进一步为21世纪半导体激光器的研究指明了发展方向。中国的激光技术研究起步较国外的稍晚，但发展速度快。例如自新中国成立以来短短二十年间，中国首台单异质结半导体激光器便由上海光机所自主研制成功。进入二十一世纪以来，国内对半导体激光器的研究空前发展，并取得一系列优秀的成果，相应的半导体激光器的行业也日渐增多。2半导体激光器的基本类型及其简单应用目前国内外半导体激光器的发展日益进步，依据封装形式的不同可以将半导体激光器分为单管、线阵和面阵三种类型。单管半导体激光器的结构特点是只存在一个发光单元，因而输出功率一般比较低[3]，但由于单管之间不存在紧密排列的结构，热量扰动会比较低，使得单管半导体激光器具有优良的散热性能。线阵（Bar条）半导体激光器是由多个单管发光单元构成的的一维阵列，与单管的相比较，输出功率大幅度提升，但是由于多个单元线阵之间存在严重的热串扰效应[2]，使得激光线阵的散热性能较差工作稳定性及使用寿命会有所降低。面阵半导体激光器是由多个发光单元组成的二维阵列，是由若干Bar条在快轴方向上堆积而成[3]，发光单元较线阵更多，输出功率更高，相应的在密集排列下热效应也会更高。但是其结构紧凑、体积小，更为容易进行封装。如今的半导体激光器广泛应用于医疗、军事、工业等领域[4]，例如在医疗领域，半导体激光器在肿瘤科、眼科、血管科等都有广泛的应用，在眼科半导体激光器可用于治疗近视眼以及青光眼等[5]，通过使用不同波段的激光对眼睛进行刺激可以达到治疗不同眼科疾病的作用。在军事领域半导体激光器的特点适用于激光制导等，利用激光获得制导信息或者调控制导指令，进而达到操纵导弹的目的[5]。在工业领域上由于半导体激光器出射激光具有高亮度性和高能量性等特点[6]，在激光清洗、激光切割以及激光焊接等工业加工方面有着广泛的应用。激光清洗是利用半导体激光光束照射固体表面上的杂质进而去除表面杂质的过程，激光能量较低时，激光能量加热杂质使杂质蒸发或升华进行除去；激光能量较高时，杂质通常会转换为等离子体除去。激光切割是利用高功率密度的激光光束照射被切割材料表面，使材料被加热至汽化温度而蒸发，由于激光的光斑较小，材料汽化后的凹槽宽度也较小，可以实现高质量的切割；激光焊接是采用激光光束加热待加工表面，使工件表面熔化，形成特定的熔池，冷却后需要焊接的工件表面凝固在一起，可以通过调控激光脉冲的的宽度、峰值功率密度等参数调节加热的范围。3国内外对半导体激光器与光纤耦合技术的研究自半导体激光器问世以来，短时间内得到快速的发展，并广泛应用于工业需求。然而随着科学技术的不断进步，在医疗、军事以及工业领域上对半导体激光器的功率提出了更高的要求，单个半导体激光器已经不能满足当今社会发展的需求。从而推动了输出功率较高的阵列半导体激光器的发展，为提高输出光束功率密度，进一步推动了阵列半导体激光器与光纤耦合技术的研究。光纤具有十分优良的特性，在通信、传感以及能量传输领域具有十分广泛的应用，随着激光技术的不断发展，激光与光纤耦合器件逐步应用于各个领域[7]。例如在工业领域，采用光纤耦合技术可以有效的提高激光输出的功率密度、改善光束特性，从而提高工业生产效率、提高产品质量；在医疗领域，与传统的激光手术相比较，经过光纤耦合可以自由的控制输出激光的功率密度大小，提高使用激光进行治疗的灵活性和安全性[7]；在通信领域可以有效的提高激光光束的传输距离，降低传输之间的耦合损耗，提高信息传输容量。除此之外，激光与光纤的耦合技术在军事领域也有较为广泛的应用。半导体激光器与光纤耦合技术的发展可以追溯到上世纪的80年代，1986年H.Ueno和M.Toyama首次使用折射透镜将激光耦合进入单模光纤中，所得的耦合效率较低，同年KenjiKawano使用球面透镜和自聚焦透镜进行组合作为激光与光纤的耦合系统，得到了良好的耦合效率[7]。经过了几十年的发展，目前，国内外半导体激光器阵列光纤耦合模块技术已经十分成熟。例如德国的DirectPhotonicsIndustrie采用阶梯反射镜合束技术将多个单管半导体激光器合束后再耦合进入光纤中，准直合束效率高达95%，耦合效率大于80%；美国的nLIGHT公司采用垂直堆栈合束技术将每只单管半导体激光器快慢轴方向准直后耦合进入光纤中，大大提高了耦合效率[8]。国内半导体激光器与光纤的耦合研究起步稍晚，但是后劲强，短时间内便追上了国外的研究。目前在国内的主要研究单位有中科院长春光机所、大族天成半导体技术有限公司、北京凯普林公司、西安炬光科技股份有限公司、长春理工大