半導體激光器的發(fā)展與運用

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       【摘要】半導體激光器是用半導體材料作為工作物質(zhì)的激光器，由于物質(zhì)結構上的差異，不同種類(lèi)產(chǎn)生激光的具體過(guò)程比較特殊，以下是由小編為您搜集整理的一篇探究半導體激光器發(fā)展的論文范文，歡迎閱讀查看。

　　引言

　　激光器的結構從同質(zhì)結發(fā)展成單異質(zhì)結、雙異質(zhì)結、量子阱( 單、多量子阱 ) 等多種形式 ,制作方法從擴散法發(fā)展到液相外延(LPE)、氣相外延 (VPE)、分子束外延 (MBE)、金屬有機化合物氣相淀積 (MOCVD)、化學(xué)束外延 (CBE) 以及它們的各種結合型等多種工藝[5].半導體激光器的應用范圍十分廣泛，而且由于它的體積小，結構簡(jiǎn)單 ,輸入能量低 ,壽命長(cháng) ,易于調制和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn) ,使它已經(jīng)成為當今光電子科學(xué)的核心技術(shù) ,受到了世界各國的高度重視。

　　1 半導體激光器的歷史

　　半導體激光器又稱(chēng)激光二極管 (LD)。隨著(zhù)半導體物理的發(fā)展 ,人們早在 20 世紀 50 年代就設想發(fā)明半導體激光器。

　　20 世紀 60 年代初期的半導體激光器是同質(zhì)結型激光器 ,是一種只能以脈沖形式工作的半導體激光器。在 1962 年 7 月召開(kāi)的固體器件研究國際會(huì )議上 ,美國麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗室的兩名學(xué)者克耶斯(Keyes)和奎斯特(Quist)報告了砷化鎵材料的光發(fā)射現象。

　　半導體激光器發(fā)展的第二階段是異質(zhì)結構半導體激光器 ,它是由兩種不同帶隙的半導體材料薄層 ,如 GaAs,GaAlAs 所組成的激光器。單異質(zhì)結注人型激光器 (SHLD)，它是利用異質(zhì)結提供的勢壘把注入電子限制在 GaAsP 一 N 結的 P 區之內 ,以此來(lái)降低閥值電流密度的激光器。

　　1970 年 ,人們又發(fā)明了激光波長(cháng)為 9 000? 在室溫下連續工作的雙異質(zhì)結 GaAs-GaAlAs( 砷化稼一稼鋁砷 ) 激光器 . 在半導體激光器件中 ,目前比較成熟、性能較好、應用較廣的是具有雙異質(zhì)結構的電注人式 GaAs 二極管激光器 .

　　從 20 世紀 70 年代末開(kāi)始 ,半導體激光器明顯向著(zhù)兩個(gè)方向發(fā)展 ,一類(lèi)是以傳遞信息為目的的信息型激光器 ;另一類(lèi)是以提高光功率為目的的功率型激光器。在泵浦固體激光器等應用的推動(dòng)下 ,高功率半導體激光器 ( 連續輸出功率在 100W 以上 ,脈沖輸出功率在 5W 以上 ,均可稱(chēng)之謂高功率半導體激光器 ) 在 20 世紀90 年代取得了突破性進(jìn)展 ,其標志是半導體激光器的輸出功率顯著(zhù)增加 ,國外千瓦級的高功率半導體激光器已經(jīng)商品化 ,國內樣品器件輸出已達到 600W.另外 ,還有高功率無(wú)鋁激光器、紅外半導體激光器和量子級聯(lián)激光器等等。其中 ,可調諧半導體激光器是通過(guò)外加的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、壓力、摻雜盆等改變激光的波長(cháng) ,可以很方便地對輸出光束進(jìn)行調制。

　　20 世紀 90 年代末 ,面發(fā)射激光器和垂直腔面發(fā)射激光器得到了迅速的發(fā)展。

　　目前 ,垂直腔面發(fā)射激光器已用于千兆位以太網(wǎng)的高速網(wǎng)絡(luò ) ,為了滿(mǎn)足 21 世紀信息傳輸寬帶化、信息處理高速化、信息存儲大容量以及軍用裝備小型、高精度化等需要 ,半導體激光器的發(fā)展趨勢主要是向高速寬帶 LD、大功率 LD,短波長(cháng) LD,盆子線(xiàn)和量子點(diǎn)激光器、中紅外 LD 等方面發(fā)展。

　　2 半導體激光器的應用

　　半導體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類(lèi)激光器。目前 ,已經(jīng)廣泛應用于通訊、測距、精密儀器加工 ,光集成的信息存儲和信息處理等。在光纖通訊中 ,半導體激光器是光纖通訊系統的唯一實(shí)用化的光源 ,而且光纖通訊已經(jīng)成為當代通訊的主流。到如今 ,它是當前光通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源。

　　在激光測距中 ,激光測距儀重量輕、體積小、操作簡(jiǎn)單速度快而準確 ,其誤差僅為其它光學(xué)測距儀的 1/5 到數百分之一 ,因而被廣泛用于地形測量 ,戰場(chǎng)測量 ,坦克 ,飛機 ,艦艇和火炮對目標的測距 ,測量云層、飛機、導彈以及人造衛星的高度等。在精密儀器加工中 ,借助 Q 開(kāi)關(guān)半導體激光器產(chǎn)生的高能量超短光脈沖 ,可以對集成電路進(jìn)行切割、打孔等。

　　在光集成的信息存儲應用中 ,人們采用短激光波長(cháng)讀出光盤(pán)的內容 ,采用藍、綠激光來(lái)提高光盤(pán)的存儲密度。在信息處理應用中 ,表面發(fā)射半導體激光器二維陣列是光并行處理系統的理想光源 ,且用于光計算機和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中。此外 ,半導體激光器還運用在環(huán)境檢測和醫療中。在環(huán)境檢測中 ,通過(guò)分析光譜來(lái)分析環(huán)境氣體 ,從而監測大氣污染、汽車(chē)尾氣等。在醫療方面 ,半導體激光除了用于軟組織切除 ,組織接合 ,凝固和汽化等外 ,還用于激光動(dòng)力學(xué)治療 ,將與腫瘤有親和性的光敏物質(zhì)有選擇地聚集在癌組織內 ,通過(guò)半導體激光的照射 ,使癌組織壞死 ,而對健康組織毫無(wú)損害。

　　3 結論

　　半導體激光器的波長(cháng)范圍寬 ,制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn) ,并且體積小、重量輕、壽命長(cháng)。因此 ,品種發(fā)展快 ,運用十分廣泛。雖然我國半導體激光器的研制和生產(chǎn)技術(shù)有了一定的基礎 ,但要與國際上迅速發(fā)展的趨勢相比 ,我國還有一些差距 ,這需要我們刻苦專(zhuān)研 ,努力創(chuàng )新。

　　參考文獻：

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　　[3]付燕軍，鄒文棟，肖慧榮，甘月紅。半導體激光器驅動(dòng)電路的光功率控制的研究[J].紅外與激光工程，2005,34(5)。

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