半導體激光器的發展與運用

時間：2022-10-26 09:22:02 物理學畢業論文我要投稿

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半導體激光器的發展與運用

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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的激光器，由于物質結構上的差異，不同種類產生激光的具體過程比較特殊，以下是由小編為您搜集整理的一篇探究半導體激光器發展的論文范文，歡迎閱讀查看。

　　引言

　　激光器的結構從同質結發展成單異質結、雙異質結、量子阱( 單、多量子阱 ) 等多種形式 ,制作方法從擴散法發展到液相外延(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，結構簡單 ,輸入能量低 ,壽命長 ,易于調制和價格低等優點 ,使它已經成為當今光電子科學的核心技術 ,受到了世界各國的高度重視。

　　1 半導體激光器的歷史

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

　　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 月召開的固體器件研究國際會議上 ,美國麻省理工學院林肯實驗室的兩名學者克耶斯(Keyes)和奎斯特(Quist)報告了砷化鎵材料的光發射現象。

　　半導體激光器發展的第二階段是異質結構半導體激光器 ,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。單異質結注人型激光器 (SHLD)，它是利用異質結提供的勢壘把注入電子限制在 GaAsP 一 N 結的 P 區之內 ,以此來降低閥值電流密度的激光器。

　　1970 年 ,人們又發明了激光波長為 9 000? 在室溫下連續工作的雙異質結 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結構的電注人式 GaAs 二極管激光器 .

　　從 20 世紀 70 年代末開始 ,半導體激光器明顯向著兩個方向發展 ,一類是以傳遞信息為目的的信息型激光器 ;另一類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展 ,其標志是半導體激光器的輸出功率顯著增加 ,國外千瓦級的高功率半導體激光器已經商品化 ,國內樣品器件輸出已達到 600W.另外 ,還有高功率無鋁激光器、紅外半導體激光器和量子級聯激光器等等。其中 ,可調諧半導體激光器是通過外加的電場、磁場、溫度、壓力、摻雜盆等改變激光的波長 ,可以很方便地對輸出光束進行調制。

　　20 世紀 90 年代末 ,面發射激光器和垂直腔面發射激光器得到了迅速的發展。

　　目前 ,垂直腔面發射激光器已用于千兆位以太網的高速網絡 ,為了滿足 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 ,半導體激光器的發展趨勢主要是向高速寬帶 LD、大功率 LD,短波長 LD,盆子線和量子點激光器、中紅外 LD 等方面發展。

　　2 半導體激光器的應用

　　半導體激光器是成熟較早、進展較快的一類激光器。目前 ,已經廣泛應用于通訊、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用化的光源 ,而且光纖通訊已經成為當代通訊的主流。到如今 ,它是當前光通信領域中發展最快、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、操作簡單速度快而準確 ,其誤差僅為其它光學測距儀的 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 開關半導體激光器產生的高能量超短光脈沖 ,可以對集成電路進行切割、打孔等。

　　在光集成的信息存儲應用中 ,人們采用短激光波長讀出光盤的內容 ,采用藍、綠激光來提高光盤的存儲密度。在信息處理應用中 ,表面發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網絡中。此外 ,半導體激光器還運用在環境檢測和醫療中。在環境檢測中 ,通過分析光譜來分析環境氣體 ,從而監測大氣污染、汽車尾氣等。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 ,還用于激光動力學治療 ,將與腫瘤有親和性的光敏物質有選擇地聚集在癌組織內 ,通過半導體激光的照射 ,使癌組織壞死 ,而對健康組織毫無損害。

　　3 結論

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

　　參考文獻：

　　[1]張興，等。微電子學概論[M].北京：北京大學出版社，2000,1.

　　[2]劉樹林，張華曹，柴常春[M].北京：電子工業出版社，2005,2.

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

　　[4]周崇喜，劉銀輝，謝偉民，杜春雷。大功率半導體激光器陣列光束光纖耦合研究[J].中國激光，2004,31(11)。

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