半导体激光器的发展与运用
半导体激光器的发展与运用
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【摘要】半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊，以下是由小编为您搜集整理的一篇探究半导体激光器发展的论文范文，欢迎阅读查看。
引言
激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱( 单、多量子阱 ) 等多种形式 ,制作方法从扩散法发展到液相外延(LPE)、气相外延 (VPE)、分子束外延 (MBE)、金属有机化合物气相淀积 (MOCVD)、化学束外延 (CBE) 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单 ,输入能量低 ,寿命长 ,易于调制和价格低等优点 ,使它已经成为当今光电子科学的核心技术 ,受到了世界各国的高度重视。
1 半导体激光器的历史
半导体激光器又称激光二极管 (LD)。随着半导体物理的发展 ,人们早在 20 世纪 50 年代就设想发明半导体激光器。
20 世纪 60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器 ,是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在 1962 年 7 月召开的固体器件研究国际会议上 ,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯(Keyes)和奎斯特(Quist)报告了砷化镓材料的光发射现象。
半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器 ,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层 ,如 GaAs,GaAlAs 所组成的激光器。单异质结注人型激光器 (SHLD)，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在 GaAsP 一 N 结的 P 区之内 ,以此来降低阀值电流密度的激光器。
1970 年 ,人们又发明了激光波长为 9 000? 在室温下连续工作的双异质结 GaAs-GaAlAs( 砷化稼一稼铝砷 ) 激光器 . 在半导体激光器件中 ,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式 GaAs 二极管激光器 .
从 20 世纪 70 年代末开始 ,半导体激光器明显向着两个方向发展 ,一类是以传递信息为目的的信息型激光器 ;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下 ,高功率半导体激光器 ( 连续输出功率在 100W 以上 ,脉冲输出功率在 5W 以上 ,均可称之谓高功率半导体激光器 ) 在 20 世纪90 年代取得了突破性进展 ,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加 ,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化 ,国内样品器件输出已达到 600W.另外 ,还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中 ,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长 ,可以很方便地对输出光束进行调制。
20 世纪 90 年代末 ,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的'发展。
目前 ,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络 ,为了满足 21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要 ,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带 LD、大功率 LD,短波长 LD,盆子线和量子点激光器、中红外 LD 等方面发展。
2 半导体激光器的应用
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器。目前 ,已经广泛应用于通讯、测距、精密仪器加工 ,光集成的信息存储和信息处理等。在光纤通讯中 ,半导体激光器是光纤通讯系统的唯一实用化的光源 ,而且光纤通讯已经成为当代通讯的主流。到如今 ,它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源。
在激光测距中 ,激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确 ,其误差仅为其它光学测距仪的 1/5 到数百分之一 ,因而被广泛用于地形测量 ,战场测量 ,坦克 ,飞机 ,舰艇和火炮对目标的测距 ,测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。在精密仪器加工中 ,借助 Q 开关半导体激光器产生的高能量超短光脉冲 ,可以对集成电路进行切割、打孔等。
在光集成的信息存储应用中 ,人们采用短激光波长读出光盘的内容 ,采用蓝、绿激光来提高光盘的存储密度。在信息处理应用中 ,表面发射半导体激光器二维阵列是光并行处理系统的理想光源 ,且用于光计算机和神经网络中。此外 ,半导体激光器还运用在环境检测和医疗中。在环境检测中 ,通过分析光谱来分析环境气体 ,从而监测大气污染、汽车尾气等。在医疗方面 ,半导体激光除了用于软组织切除 ,组织接合 ,凝固和汽化等外 ,还用于激光动力学治疗 ,将与肿瘤有亲和性的光敏物质有选择地聚集在癌组织内 ,通过半导体激光的照射 ,使癌组织坏死 ,而对健康组织毫无损害。
3 结论
半导体激光器的波长范围宽 ,制作简单、成本低、易于大量生产 ,并且体积小、重量轻、寿命长。因此 ,品种发展快 ,运用十分广泛。虽然我国半导体激光器的研制和生产技术有了一定的基础 ,但要与国际上迅速发展的趋势相比 ,我国还有一些差距 ,这需要我们刻苦专研 ,努力创新。
参考文献：
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[2]刘树林，张华曹，柴常春[M].北京：电子工业出版社，2005,2.
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[4]周崇喜，刘银辉，谢伟民，杜春雷。大功率半导体激光器阵列光束光纤耦合研究[J].中国激光，2004,31(11)。