半导体激光器的历史状况及应用
半导体激光器的发展及其应用
浅谈半导体激光器及其应用摘要：近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。
由于半导体激光器的一些特点，使得它目前在各个领域中应用非常广泛，受到世界各国的高度重视。
本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。
关键词：半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。
自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。
近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。
半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。
由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。
一、半导体激光器半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。
半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。
半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。
绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。
因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。
对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。
它们所发出的波长在0.3～34μm之间。
其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750～890nm。
半导体激光器
半导体激光器（济南福来斯光电技术有限公司，）1 前言当前人类正进入信息和智能化的时代。
以光电子、微电子为基础的通信和网络技术已成为高技术的核心，正在深刻地影响着国民经济、国防建设的各个领域，成为世界发达国家竞相发展的高新技术，其中以半导体激光器起着举足轻重的作用。
20世纪60年代到20世纪70年代[1-5]经过各国科学家的不懈努力，实现了半导体激光器的室温、连续激射后，开创了半导体激光器的发展的新时期。
以其转换效率高、体积小、重量轻、寿命长、能直接调制等特点成为信息技术的关键器件。
其发展速度之快、应用范围之广、波长覆盖范围之宽都是任何其它类型激光器所不能比拟的。
目前已经是光纤通信、光纤传感、光盘信息存贮、激光打印和印刷、激光分子光谱学以及固体激光器泵浦（DPSSL）和光纤放大器（SLA）泵浦中不可替代的光源。
随着它的输出功率和相干性的不断提高，它也在材料加工、精密测量等方面一展宏图，显示出巨大潜力，正在迅速占领过去由气体和固体激光器占领的一些市场。
据统计国内半导体激光器的市场占有率正逐年递增，从90年代初期的不足10%到目前80%以上。
对于半导体激光器在任何领域的应用，总希望其能长期可靠的工作，例如海底通信系统由于维修更换成本很高，因此要求器件可靠工作20年以上[6]，而影响维修周期长短的关键器件就是半导体激光器的工作寿命。
因此从90年代初发达国家开始对半导体激光器的可靠性和寿命测试方法开始研究。
这些研究归纳起来有两种：第一、加速寿命测量法：如热应力加速测量法[7-9]、电应力加速测量法（包括大电流加速[10]和静电冲击[11]）等等。
第二、激光器参数测量法[12]：如电导数测量法、热阻测量法。
确定器件的可靠性和寿命原则上应在特定的工作条件下（电流、功率、温度等）对器件进行考核，直至器件失效。
对于高可靠性的电子元器件进行长时间的寿命试验，无论从成本还是时间上来看，都是不合算的，甚至是不可能的。
例如对于某种器件，如果要求其失效率为2.6×10-8/小时，抽取1000只进行试验，若允许5只失效，则需试验22年。
从ACP看半导体激光器的发展与应用
从ACP看半导体激光器的发展与应用摘要：激光技术自1960年面世以来得到了飞速发展，作为激光技术中最关键的器件激光器的种类层出不穷，这其中发展最为迅速，应用作为广泛的便是半导体激光器。
半导体激光器的发展迅速,以其独特的性能及优点获得了广泛的应用. 本文介绍了半导体激光器的原理、结构、进展。
还介绍了半导体激光器在各个领域中的应用。
本文还介绍了大功率半导体激光器最新研究进展,并展望了其发展趋势。
1、半导体激光器的发展历程半导体激光器是以半导体材料(主要是化合物半导体)作为工作物质,以电流注入作为激励方式的一种小型化激光器。
世界上的第一台半导体激光器是同质结的,即和普通的p—n结极管一样。
这种同质结激光器有源区的厚度为电子扩散长度量级(微米量级),阈值电流密度需达到105A/cm2,因此只能在液氮温度(77K)和脉冲状态下工作。
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，最先出现的是单异质结构激光器(1969年)。
1978年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器(QWL)，它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能。
后来，又由于MOCVD,MBE生长技术的成熟，能生长出高质量超精细薄层材料，之后，便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器。
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。
20世纪90年代，连续输出功率在100以上，脉冲输出功率在5W以上的高功率半导体激光器取得了突破性进展。
2、半导体激光器的原理及特性p-n结电注入激发机理。
若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压，p 区接正极，n区接负极。
显然，正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反，它削弱了自建电场对晶体中电子扩散运动的阻碍作用，使n区中的自由电子在正向电压的作用下，又源源不断地通过p-n结向p区扩散，在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时，它们将在注入区产生复合，当导带中的电子跃迁到价带时，多余的能量就以光的形式发射出来。
半导体激光器的发展及其应用
半导体激光器的发展及其应用半导体激光器是将电能转变为光能的一种电光转换器件。
它是一种高效、紧凑、可调谐、易于集成和操作的光源。
半导体激光器的发展历程可以追溯到20世纪60年代初期的研究工作，经过几十年的发展，目前已经广泛应用于通信、医疗、显示、材料加工等领域。
半导体激光器最早的发展可以追溯到20世纪60年代初，当时最早的研究工作主要集中在氮化铟（InGaN）材料的研究中。
1970年代，砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）材料得到了广泛使用，并取得了重要的突破。
1980年代初，氮化镓和锗（Ge）等新材料的研究成果使得半导体激光器的性能得到了显著提高。
在半导体激光器的发展过程中，一些关键技术被不断突破。
如量子阱（Quantum Well）结构的引入，使半导体激光器的阈值电流减小、发光效率增加，达到了单模操作和高功率输出的要求。
此外，多量子阱（Multiple Quantum Well）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）等新的结构和工艺，也极大地拓展了半导体激光器的应用领域。
半导体激光器在通信领域得到了广泛应用。
由于半导体激光器具有高效、紧凑、可调谐的特点，它已经成为光纤通信系统中的关键部件。
其发展逐渐从波长1310nm向波长1550nm转变，因为在这个波段下，半导体激光器的光纤耦合效率更高，损耗更小。
此外，半导体激光器还可以通过外部调制实现高速数据传输，使其在高速光通信中得到广泛应用。
除了通信领域，半导体激光器还在医疗领域发挥着重要作用。
它被广泛应用于眼科激光手术中，如角膜屈光手术和白内障手术等。
半导体激光器的高能量密度和可调谐波长特性，使其成为进行高精度眼科手术的理想工具。
此外，半导体激光器还应用于显示、材料加工、光存储和生物传感等领域。
在显示领域，半导体激光器的小尺寸和高亮度特点，使其成为液晶显示器背光源的重要选择。
在材料加工领域，半导体激光器的高功率和可调谐波长特性，使其在激光切割、激光焊接和激光打印等领域得到广泛应用。
半导体激光器的发展及在光纤通信中的应用
一文看懂半导体激光器的技术发展及应用领域
一文看懂半导体激光器的技术发展及应用领域半导体激光器俗称激光二极管，因为其用半导体材料作为工作物质的特性所以被称为半导体激光器。
半导体激光器由光纤耦合半导体激光器模块、合束器件、激光传能光缆、电源系统、控制系统及机械结构等构成，在电源系统和控制系统的驱动和监控下实现激光输出。
下面就随工业控制小编一起来了解一下相关内容吧。
一、半导体激光器简介半导体激光器俗称激光二极管，因为其用半导体材料作为工作物质的特性所以被称为半导体激光器。
半导体激光器由光纤耦合半导体激光器模块、合束器件、激光传能光缆、电源系统、控制系统及机械结构等构成，在电源系统和控制系统的驱动和监控下实现激光输出。
半导体激光器的常用工作物质主要有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
根据不同的工作物质主要有三种激励方式：电注入，pump式和高能电子束激励。
(1)电注入是半导体激光器，一般由GaAS、CdS、InP、ZnS等工作物质作为主要材料，制成半导体面结型二极管，在受到电注入时，沿着正向偏压注入的电流，对工作物质进行激励，从而在节平面区域产生受激发射。
(2)Punp式激光器，一般由晶体中掺入受主杂的的以空穴为载流子的锗单晶(P型半导体单晶)或以电子为载流子的锗单晶(N型半导体单晶)作为工作物质，并通过其他激光器发出的激光作pump激励，从而实现种群反演。
(3)高能电子束激励式半导体激光器，一般在工作物质的选择上与pump式激光器相似，也是选用半导体锗单晶，但值得注意的问题是，在P型半导体单晶的选择上高能电子束激励式半导体激光器主要以PbS。
CbS和ZnO为主。
半导体激光器种类较多，根据其芯片参数、封装方式的不同，有多种分类方式。
其中，光纤输出的半导体激光器分类方式主要有以下几种：图表1半导体激光器分类二、半导体激光器技术发展情况。
大功率半导体激光器及其应用
宽条形激光器
• 有效折射率随注入电流增加降低。 • 串联电阻和非辐射复合影响，层
结构的温度上升，使折射率上升。
• 这两种效应都可改变有效折射率，
数值为10-4~10-3。
• 在阈值处，载流子的影响占主要
• ηi 内量子效率，受非辐射复合和载流子泄露影响。 • 第二部分是输出耦合和总的谐振腔损耗的关系 • 第三部分代表了获得注入电流必要电压和的实际电压的关
系，包括了由芯片内、外部串联电阻引起的附加电压。
• 第四相描述激光器的工作电流超过阈值电流。
5、 制造技术
• 基本的半导体激光器由晶体衬底上的有源层，注
直接带隙半导体能带图
电子吸收光子跃迁到 导带上，在价带上就 会产生一个空穴。 电子—空穴对的辐射 复合而产生半导体激 光器的光增益 直接带隙半导体更容 易产生辐射。 多数的三五族化合物 半导体是直接带隙半 导体。
半导体激光器的材料选择
• 发射波长：
半导体激光 器的波长由 禁带宽度决 定-晶体材料 决定。
光器（阈值电流密度低、电光转换效率高、输出功率大）。应变量子 阱，生长非晶格匹配的外延材料，拓宽了激光器波长范围。 ➢ 1965年 中国 北中科院北京半导体所。
激光二极管
1、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。
近结处。辐射复合的效率超过90%，好的材料能达到接近100%。
• 低掺杂导致了很低的内部损失。因此QW结构使长腔激光器有很高
半导体激光器的发展及在光纤通信中的应用
半导体激光器的发展及在光纤通信中的应用半导体激光器是一种使用半导体材料作为激光产生介质的激光器。
随着科技的不断发展，半导体激光器在各个领域得到了广泛应用，尤其在光纤通信中具有重要作用。
本文将从半导体激光器的发展历程和其在光纤通信中的应用两个方面进行论述。
首先，我们来看半导体激光器的发展历程。
半导体激光器最早是在1962年由美国贝尔实验室的电子学家罗伯特·诺尔表示的。
他利用PN结构的半导体晶体制作出了最早的半导体激光器，此后半导体激光器的研究逐渐成熟。
1970年代，G·奈普舍等人发明了自发辐射增益(MQW)结构，进一步提高了半导体激光器的效率。
1980年代初，人们通过引入量子阱结构，使半导体激光器的发射波长范围得到了拓宽。
1994年，研究者成功实现了垂直腔表面发射激光器（VCSEL），该激光器具有小尺寸、低功耗、易集成等优点，成为半导体激光器研究的重要方向。
其次，半导体激光器在光纤通信领域中有着广泛的应用。
在光纤通信中，半导体激光器主要用于光源和放大器。
作为光源，半导体激光器能够产生高功率、窄谱宽、稳定的激光信号，能够满足光纤通信系统对光源的要求。
除了常用的连续激光器外，脉冲激光器也逐渐得到应用。
脉冲激光器能够产生高峰值功率和短脉冲宽度的激光，用于高速光纤通信系统中的光时钟信号生成和数据调制。
再者，半导体激光器在光纤通信中还广泛应用于放大器。
光纤放大器利用半导体激光器作为光源，将入射的光信号进行放大，提高光纤通信系统的传输距离和传输容量。
其中，掺铒光纤放大器和掺铒光纤激光器以及掺镱光纤激光器是典型的半导体激光器应用于光纤通信放大器的例子。
综上所述，半导体激光器在光纤通信领域中发挥着重要的作用。
随着其发展不断进步，半导体激光器在功率、波长范围、脉冲性能以及功率放大器等方面的性能都得到了极大的提升。
相信在未来的光纤通信中，半导体激光器将继续发挥着重要的作用，推动光纤通信技术的不断进步。
半导体激光器的发展历程2
广西师范学院2017年本科毕业论文论文题目半导体激光器的发展历程毕业生：吴伊琴指导老师：王*学科专业：物理学（师范）目录摘要 (1)前言 (3)一．理论基础及同质结半导体激光器（1917-1962） (5)1.1激光理念及激光技术的面世 (5)1.2早期半导体激光器理念提出与探索（1953-1962） (7)二．异质结半导体激光器（1963-1977） (10)2.1 单异质（SH）激光器 (10)2.2 双异质（DH）激光器 (11)三．半导体激光器实用领域的探索（1980-2005） (14)3.1 光纤通信与半导体激光器的相辅相成 (15)3.2 量子阱能带工程技术的引入 (18)4.1半导体激光器应用的多样化 (21)4.2 半导体激光器的未来发展 (23)结语 (25)参考文献 (26)摘要双异质半导体激光器，量子阱技术，应变量子阱激光器，DFB激光器，面发射激光器，大功率激光器等等突破性研究成果的面世，使得半导体激光器已经占据了激光领域市场的大壁江山，以及成为了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域不可或缺的存在。
本文梳理了1917年—2008年半导体激光器的发展历程，文中包括了半导体激光器大多研究成果，按照时间线对其进行整理。
总的说来，半导体激光器的发展历程可以分为4个阶段第一．理论准备及起步阶段（1917-1962）。
1962年同质结半导体激光器研制成功。
尽管同质结半导体激光器没有实用价值，但是它面世是半导体激光器发展历程中重要的标志，其基本理论是后来半导体激光器前进的基础。
第二．大发展期(1962--1979) 长寿命，长波长双异质半导体激光器的面世使得半导体激光器能够满足光纤通信的需求。
1978-1979年，国际上关于通过改进器件结构提高器件稳定性，降低损耗的研究成果非常多。
由于对AlGaAs—GaAs 激光器特性的不断进步的追求，使得这个时期出现了许多新的制造工艺，新的结构理念，为之后发展长波长半导体激光器留下了充足的技术支持。
中国半导体激光器的历次突破与发展
第37卷 第9期中 国 激 光Vol.37,No.92010年9月CHINESE JOURNA L OF LASERSSepte mber ,2010文章编号:025827025(2010)0922190208中国半导体激光器的历次突破与发展(邀请论文)王启明(中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点联合实验室,北京100083)摘要 主要从半导体激光器第一、二、三次飞跃详尽介绍分析了中国半导体激光器的重大突破与发展。
关键词 中国;半导体激光器;突破;发展中图分类号 TN 248.4 文献标识码 A doi :10.3788/CJL 20103709.2190Br ea k thr oughs and Development s of SemiconductorLaser in Ch in a(Invited Pa per)Wang Qiming(Sta te key Join t Labor at or y f or In teg r at ed Optoelectr onics ,In stitu te of S em iconductor s ,Chin ese A ca dem y of Scien ces ,Beijing 100083,Chin a )Abstr a ct Against the background of the first,se cond and t hir d leaps in the field of semiconductor laser s,a thor ough account and analysis is given on the major br eakthr oughs and de velopments of the semiconductor lasers in China.Key wor ds China;semiconductor laser;br eakthr oughs;developme nts收稿日期:2010206228;收到修改稿日期:2010207210作者简介:王启明(1934-),男,半导体光电子学专家,1991年被遴选为中国科学院院士。
半导体激光器的发展及应用
半导体激光器的发展及应用半导体激光器是一种能够产生高强度、高聚束、单色性良好的激光光束的器件。
它由半导体材料制成，具有体积小、功耗低、寿命长等优点，因此被广泛应用于光通信、医疗器械、工业加工等领域。
半导体激光器的发展经历了几个阶段。
最早的半导体激光器是由杨振宁、约翰·冯·诺依曼等科学家在1962年首次提出的。
当时，他们使用的物质是氮化镓，光谱范围在0.4微米左右。
这个发现为后来的半导体激光器的研究和应用奠定了基础。
在之后的几十年中，半导体激光器在材料、结构和性能上都取得了重大突破。
首先是材料的改进，如砷化镓、氮化镓、磷化铟等新材料的引入，使得激光器的性能得到了显著提高。
其次是结构的改进，如量子阱结构、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等的发明和应用，进一步提高了激光器的效率和稳定性。
此外，半导体激光器的制造工艺也不断进步，提高了器件的可重复性和批量生产能力。
随着技术的进步，半导体激光器的应用范围也越来越广泛。
首先是在光通信领域的应用。
半导体激光器可以通过光纤传输信号，与其他光通信器件配合使用，实现高速、大容量的信息传输。
它广泛应用于局域网(LAN)、广域网(WAN)、数据中心和无线通信等领域，推动了信息技术的发展。
其次是在医疗器械领域的应用。
半导体激光器可以通过腔外反射镜和光传导纤维传输激光光束，用于医疗诊断、治疗和手术等方面。
它可以用于眼科手术、皮肤美容、癌症治疗等，具有无损伤、无痛苦、快速复原等优点。
此外，半导体激光器还广泛应用于工业加工和科学研究中。
在工业加工方面，它可以用于切割、焊接、打标等工艺，提高生产效率和产品质量。
在科学研究方面，半导体激光器可以用于光谱分析、激光打印、生物分子测量等实验，为科学家们提供了重要工具。
总之，半导体激光器的发展经历了多个阶段，从最初的探索到现在的成熟应用，取得了巨大的进步。
它在光通信、医疗器械、工业加工和科学研究等领域发挥着重要作用，推动了相关行业的发展。
半导体激光器
半导体激光器摘要：由于三五族化合物工艺的发展与半导体激光器的多种优点，近几十年来，半导体激光器发展十分迅速，而且在各个领域发挥着越来越重要的作用。
本文将介绍半导体激光器的基本理论原理、相关发展历程、研究现状以及其广泛的应用。
关键词：半导体激光器；研究现状；应用1.引言自1962 年世界上第一台半导体激光器发明问世以来, 半导体激光器发生了巨大的变化, 极大地推动了其他科学技术的发展, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一[1], 近十几年来, 半导体激光器的发展更为迅速, 已成为世界上发展最快的一门激光技术[2]。
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[3]。
由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制及价格低廉等优点, 使得它目前在各个领域中应用非常广泛。
2.半导体激光器的基本理论原理半导体激光器又称激光二极管(LD)。
它的实现并不是只是一个研究工作者的或小组的功劳，事实上，半导体激光器的基本理论也是一大批科研人员共同智慧的结晶。
早在1953年，美国的冯·纽曼（John Von Neumann）在一篇未发表的手稿中第一个论述了在半导体中产生受激发射的可能性；认为可以通过向PN结中注入少数载流子来实现受激发射；计算了在两个布里渊区之间的跃迁速率。
巴丁在总结了这个理论后认为，通过各种方法扰动导带电子和价带空穴的平衡浓度，致使非平衡少数载流子复合而产生光子，其辐射复合的速率可以像放大器那样，以同样频率的电磁辐射作用来提高。
这应该说是激光器的最早概念。
苏联的巴索夫等对半导体激光器做出了杰出贡献，他在1958年提出了在半导体中实现粒子数反转的理论研究，并在1961年提出将载流子注入半导体PN结中实现“注入激光器”，并论证了在高度简并的PN结中实现粒子数反转的可能性，而且认为有源区周围高密度的多数载流子造成有源区边界两边的折射率有一差值，因而产生光波导效应。
半导体激光器发展历程
半导体激光器发展历程从20世纪初开始，人们对激光器的研究就已经开始了。
最早的激光器是在20世纪60年代发展起来的，使用的是固态激光材料，如红宝石和纳塔隆晶体。
然而，这些固态激光器非常笨重，且效率较低。
随着科技的进步，半导体激光器在20世纪70年代开始得到广泛研究。
半导体激光器是利用半导体材料的特性来产生激光。
最早的半导体激光器使用的是直接注入电流来激发材料，但效率较低并且发热，限制了其应用。
到了20世纪80年代，人们发展出了半导体激光器的一种新型结构，称为可见光半导体激光器。
这种激光器使用了双异质结构，有效地提高了激光器的效率和输出功率。
此外，还出现了多量子阱结构的半导体激光器，可以在更广泛的波长范围内工作。
在90年代初，人们又发展出了垂直腔面发射激光器（VCSEL）。
相对于传统的边发射半导体激光器，VCSEL有着更好的光束质量和较低的发热。
这使得VCSEL在光通信领域得到了广泛应用。
随着半导体工艺和材料技术的不断进步，半导体激光器得到了进一步的改进。
发展出了高功率半导体激光器，可以用于工业加工、激光雷达等领域。
此外，还实现了半导体激光器的单模化和低噪声操作，使其在光通信和光学传感器等应用中更加稳定和精确。
近年来，人们还在激光器的集成和微型化方面取得了重要进展。
发展出了集成光源和多功能的光电芯片，将激光器与其他光学器件相结合，实现了更高级别的光学功能。
同时，还实现了微型化的激光器，如纳米激光器和微型激光阵列，开拓了更多的潜在应用领域。
总之，半导体激光器经历了多个阶段的发展，从最早的固态激光器到可见光半导体激光器、VCSEL以及目前的高功率、单模化和微型化激光器。
这些发展推动了激光技术的广泛应用，使其在通信、工业制造、生物医学和光学传感等领域发挥了重要作用。
半导体激光器材料研究进展-第八组
一、半导体激光器的发展历史
1970 年，双异质结构半导体激光器(DH-LD)由前苏 联科学院约飞（loffe）物理研究所的阿尔费洛夫 (Alferov)等人研究成功。室温下的阈值电流密度比 单异质结激光器的降低了一个数量级，电光转换效 率也得到了大幅度的提高。与此同时，超晶格中的 量子效应由美国 IBM 公司的江琦（L.Esaki）和朱 兆祥（R.Tsu）首先提出，并且制备出了具有超晶
的半导体。（GaAs-Zn）
N型半导体：通过掺杂使电子数目大大地多于空穴数目
的半导体。（GaAs-Te）
2、非本征半导体材料———p-n结
在GaAs内掺入VI族元素，会在导带下面形成杂质能级。
由于杂质能级与导带底的能量差很小0.003eV，电子很
容易跃迁到导带中去，同时在原来的能级上形成空穴。 这种杂质称为施主杂质，相应的能级为施主能级，掺入 施主杂质的半导体称为电子型半导体或N型半导体。
另有一类在电子学中非常重要的半导体材料,如Si和 Ge等,导带底和价带顶不在k空间同一点,称为间接禁 带半导体
2、非本征半导体材料———p-n结
本征半导体：杂质、缺陷极少的纯净、完整的半导体。 其中自由电子和空穴都很少。常用的是非本征半导 体又叫掺杂半导体。
P型半导体：通过掺杂使空穴数目大大地多于电子数目
室温下连续工作。
一、半导体激光器的发展历史
1963 年，异质结的概念由前苏联科学院的阿尔费 洛夫（Alferov）和美国的克罗默（Kroemer）提出。
1968 年到 1970 年期间，美国贝尔实验室的潘尼希 （Panish）等研制出 AlGaAs/GaAs 单异质结激光器， 阈值电流密度为 8.6×103A/cm2，实现了室温下的 脉冲工作，这标志着半导体激光器进入了异质结注 入型激光器（SHLD）的发展阶段。
半导体激光器发展历程
半导体激光器发展历程半导体激光器（Semiconductor Laser）是指以半导体材料做为活性介质的激光器。
在过去的几十年中，半导体激光器已经经历了许多重要的技术突破和发展，成为现代科学技术和工业生产中不可替代的重要组成部分。
20世纪60年代初，由于量子阱的发展，半导体激光器的理论基础得以建立。
1962年，美国的理查德·斯普雷尔发明了第一台半导体激光器，使用的是锗半导体材料。
此后，人们开始研究使用其他材料制造的半导体激光器。
到了20世纪70年代，半导体激光器取得了重大的突破。
1970年，日本的三菱电机公司研制出了第一台使用化合物半导体材料的半导体激光器。
1977年，霍尔田・赛尔特斯发明并实现了量子阱激光器，该技术进一步提高了半导体激光器的性能。
20世纪80年代，半导体激光器进一步得到了发展和应用。
1981年，日本的日立公司实现了在室温下工作的金属有机化合物半导体激光器。
这一突破为半导体激光器的商业化应用打下了基础。
此后，半导体激光器在光通信、激光打印、激光制造等领域的应用逐渐扩大。
到了21世纪，半导体激光器的发展进入了新的阶段。
随着半导体技术的不断进步，半导体激光器的效率和功率不断提高。
2006年，美国的托马斯·厄尔发明了多谐振腔激光器技术，将半导体激光器的输出功率提高到了几千瓦级别。
这一技术的出现，使得半导体激光器在激光制造领域得到了广泛的应用，例如激光焊接、激光切割等。
与此同时，半导体激光器还在生物医学、光通信等领域得到了广泛应用。
在生物医学中，半导体激光器被用于光学成像、激光治疗等。
在光通信中，半导体激光器被用于激光器发射端和接收端，实现光纤通信的高速传输。
总之，半导体激光器的发展历程是一部科技进步的记录。
从最初的实验室研究到商业化应用，半导体激光器在科技和工业生产中发挥了巨大的作用。
未来，随着技术的进步，半导体激光器的性能将不断提高，应用领域也将进一步扩大，为人类社会的发展做出更大的贡献。
半导体激光器件的发展历程与应用前景
半导体激光器件的发展历程与应用前景激光技术是一种特殊的光学技术，它具有高度的单色性、方向性和相干性。
半导体激光器件是激光技术的关键组成部分，起到了重要的作用。
本文将回顾半导体激光器件的发展历程，并探讨其在各个领域的应用前景。
半导体激光器件的发展历程主要分为三个阶段：早期发展阶段、技术突破阶段和应用拓展阶段。
半导体激光器件的早期发展可追溯到20世纪60年代末和70年代初。
在这个时期，人们首次制造了获得连续波输出的激光二极管。
这种激光器件采用半导体材料作为工作物质，通过注入电流激发发光效应，实现光的放大和放射。
虽然这种激光的功率较低，但是它的小尺寸、低成本和高效率等特点使其成为工业和军事应用领域的重要选择。
随着技术的不断进步，半导体激光器件的发展进入了技术突破阶段。
在20世纪70年代末和80年代初，人们发展出了另一种类型的半导体激光器件——半导体激光二极管阵列。
这种器件可以实现多个激光波长的输出，拥有更广泛的应用领域。
此外，短波长激光器件的开发也取得了重大突破，例如。
对于高性能激光器件的研究和制造方面，也取得了重要进展，极大地推动了半导体激光器件的发展。
半导体激光器件的应用前景广泛而深远。
首先，医疗领域是半导体激光器件的重要应用领域之一。
激光手术已逐渐取代了传统刀具手术，成为一种微创治疗方式。
通过半导体激光器件，医生可以实现精准的激光切割、焊接和消融，减少手术创伤和术后疼痛，提高手术成功率。
此外，激光在皮肤美容、眼科手术和牙科治疗等方面也有广泛应用。
其次，半导体激光器件在通信领域有着巨大的应用潜力。
随着信息技术的快速发展，人们对于高速、高带宽的信息传输需求不断增加。
光通信作为一项重要技术，半导体激光器件在其中起到了关键的作用。
通过激光二极管阵列和其他光学器件的结合，人们可以实现高速光纤通信，提供更快、更稳定的通信服务。
此外，半导体激光器件在材料加工、激光雷达和光学测量等领域也有广泛应用。
在材料加工中，激光切割、焊接和打孔等操作可以实现更高的精度和效率。
半导体激光器发展历程
半导体激光器发展历程
1960年，邪恶亚历山大·米勒（Alexander Mihailov）首先发明了
被称为“半导体激光”的器件，但当时，这种激光器仍不够成熟，发出的
激光还不够强。
随后，在米勒的建议下，美国科学家伯克利·威廉姆斯（Berkeley Williams）和英国科学家理查德·威尔斯（Richard Wells）
发明了第一台持久的半导体激光器。
1966年，波士顿喷气研究实验室的科学家马克·埃尔曼（Mark Elman）用GaAs掺杂GaP作为第一次成功的半导体单晶发射激光，其后，
很多科学家也投身到半导体激光器的研究中，致力于把半导体激光器发展
成一个可以更广泛应用于实际场合的技术。
1970年，物理学家丹尼尔·鲍罗斯（Daniel Bowers）利用半导体单
晶发出了可以到达远距离的激光，在同一年，物理学家斯蒂芬·贝尔特（Stephen Belt）也用GaAs掺杂AlGaAs做成了发射激光的半导体激光器，贝尔特的这项成果为广泛应用于通信领域的激光器奠定了基础。
半导体激光器
技术原理：激光指纹显影是一种用激光波长为 532nm在粗糙载体表面和纺织品表面上的潜在的指纹 的查找技术。指纹中残留的汗液、脂肪酸等经激光照射 会发出荧光，用专门的指纹摄影机即可拍出清晰的指纹 照片。然后把图像利用软件进行识别。
（2）激光武器
定义：激光武器指的是用高能的激光束对远距离的目标进行精确射击或用于防 御导弹等的武器。
背景：1960年首台激光器问世，自此人们对 激光器开始了锲而不舍的研究，并取得了阶段 性的成果，并开始把激光作为武器应用于军事 国防领域，激光武器的高功率、超远距离、速 度快、命中率高、机动灵活、高的效费比等诸 多优点促使一些国家都加入了激光武器的研发 进程中。现在世界上能够研发激光技术的主要 中美俄这三个国家，其他国家的的激光技术都 比较落后。
（3）光动力治疗（PDT）
原理：PDT是一冷光化学反应，其基本要素是氧、光敏剂和可见光(常用激光)。首先 肿瘤组织选择性摄取光敏剂，并储于其内，（随后在适当波长光线局部照射后，光敏 剂被激活，产生光敏效应。）特定波长的激光照射使组织吸收的光敏剂受到激发，而 激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧和相邻的 生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死亡。
半导体激光器的发展与运用
半导体激光器的发展与运用半导体激光器的发展与运用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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
半导体激光器的历史状况及应用
摘要在近几十年来,半导体激光技术得到了十分迅速的发展,在现实生活中的很多领域都有十分广泛的应用,而且在未来的生活中也会扮演着重要的角色。
本文主要介绍了半导体激光器的历史现状及现实生活中的应用,以此来说明半导体激光器的重要性。
关键词半导体激光器;历史状况;运用
中图分类号tn248.4 文献标识码a 文章编号
1674-6708(2010)23-0152-01
0 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 000å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。
参考资料
[1]张兴,等.微电子学概论[m].北京:北京大学出版社,
2000,1.
[2]刘树林,张华曹,柴常春[m].北京:电子工业出版社,
2005,2.
[3]付燕军,邹文栋,肖慧荣,甘月红.半导体激光器驱动电路的光功率控制的研究[j].红外与激光工程,2005,34(5).
[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).
[5]王德,李学千.半导体激光器的最新进展及其应用[j].光学精密工程,2001,9(3).。