半导体激光器

馈激光器、垂直腔面发射激光器；按应用领域分：光通信激光器、光存储激光器、大
功率泵浦激光器、引信用脉冲激光器等；按管心组合方式分：单管、阵列（线阵、面 阵）；按注入电流工作方式分：脉冲、连续、准连续等；制备方法有同质结合异质结
之分。
Ⅱ、与同质结激光器相比，异质结激光器具有以下优点：
1）阈值电流低，同时阈值电流随温度的变化小；
半导体激光器工作原理图
器。
半导体激光器基本结构主要包括： 1）光隔离器：其作用是防止LD输出的激光反射，实现 光的单向传输。位于LD的输出光路上； 2）监视光电二极管（PD）：其作用是监视LD的输出 功率变化，通常用于自动功率控制。位于LD背出光面； 3）尾纤和连接器； 4）LD的驱动电路（包括电源和LD芯片之间的阻抗匹 配电路）； 5）热敏电阻：其作用是测量组件内的温度； 6）热电制冷器（TEC）：一种半导体热电元件，通过 改变外部工作电流的极性达到加热和冷却的目的； 7）其他准直激光器输出场的透镜、光纤耦合器及固定 光纤的支架等。
ex s 定义为斜率效率： ( I I th )Vb
P
在实际测量中， 由下式得出： s
P2 P 1 I 2 I1
光束发散角：
• 半导体激光器的远场并非严格的高斯光束，有较大的且 在横向和侧向不对称光束发散角。由于半导体激光器有 缘层较薄，因而在横向有较大的发散角ө
4.05(n2 n1 )d / 2 2 1 4.05(n2 n1 ) / 1.2 (d / ) 2
为了满足当前信息传输带宽 化，信息处理告诉化，信息 存储大容量以及高精度化需 求，可有以下发展趋势：
• 发展高速带宽的半导体激光 器
• 开发表面激射的二维阵列 • 高功率半导体激光器
谢谢，请老师批评指正
工作原理：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带
（导带与价带）之间，或能带与杂质能级之间，实现非 平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大 量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。 激励方式主要有：电注入式、光泵浦、电激励。 而将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激 光器靶条，将多个靶条耦合就可实现高功率半导体激光
主要特性
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。
输出特性：
Ⅰ、输出功率和转换效率：标志半导体激光器质量水平的一个重要特征是转 换效率。通常用量子效率和功率效率来衡量。
2）由于界面处的折射率差异，光子被限制在作用区内； 3）能实现室温下的连续振荡。
应用：
半导体激光器应用十分广泛，主要分布在军事、生产和医疗方面：
军事：Ⅰ)激光引信。半导体激光器是唯一能够用于弹上引信的激光 器。 Ⅱ)激光制导。它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。 Ⅲ)激光测距。主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域。 Ⅳ)激光雷达。高功率半导体激光器已用于激光雷达系统 生产：Ⅰ)光纤通信。 Ⅱ)光盘存取。 Ⅲ)光信息处理。半导体激光器已用于光信息处理系统。 Ⅳ)激光 报警器 。 Ⅴ)激光机打印机。 医疗：Ⅰ)激光手术治疗。半导体激光已经用于软组织切除，组织接 合、凝固和汽化。 Ⅱ)激光动力学治疗。通过半导体激光照射使癌组织产生活性氧，旨 在使其坏死而对健康组织毫无损害。
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基本介绍及发展
目录
CONTENTS
2 3
基本原理及构成
主要特性
分类、应用及发展前景
4
基本介绍及发展
百度文库
高能态电子束>低能态电子束
高能态 低能 态 同频同相 的光发射
同频同相光 谐振腔内多次往返 放大
激光：通过一定的激励方 式，实现非平衡载流子的 粒子数反转，使得高能态 电子束大于低能态电子束， 当处于粒子数反转状态的 大量电子与空穴复合时， 便产生激光。 激光具有很好的方向性和 单色性。用途十分广泛
1）功率效率： p 激光器所发射的光功率
Pex Pex 激光器所消耗的电功率 IV I 2 rs ( IEg / e) I 2 rs
2）量子效率：
• 量子效率定义为输出光子数随注入的电子数增加的比率， 考虑到hv=Eg=eVb,有 dP / hv dP 1 D dI / e dI Vb 而其中的 s ( dP / dI)
2 2


理想的高斯场分布
式中，n2和d分别为激光器有缘层的折射率和厚度；n1 为限制层的折射率；λ为激射波长 • 显然，当d很小时，可忽略上式分母中的第二项，有

4.05(n2 n1 )d
2
2

可见，ө随d的增加而增加
半导体激光器发散角与有缘层厚度的关系
分类、应用及发展前景
分类：
Ⅰ、半导体激光器的分类有多种方法。按波长分：中远红外激光器、近红外激光器、 可见光激光器、紫外激光器等；按结构分：双异质结激光器、大光腔激光器、分布反
激光
高功率半导体激光器
① 、1962年9月16日，通用电气公司的罗伯特·霍尔 （Robert Hall）
带领的研究小组展示了砷化镓（GaAs）半导体的红外发射， 首个半 导体激光器的诞生。 ②、70年代，美国贝尔实验室研制出异质结半导体激光器，通过对光 场和载流限制，从而研制出可在室温下连续运转且寿命较长的激光器。 ③、80年代，随着技术提升，出现了量子陷和超晶格等新型半导体激 光器结构； 1983年，波长800nm的单个输出功率已超过100mW，
到了1989年，0.1mm条宽的则达到3.7W的连续输出，转换效率达
39%。 ④、90年代在泵浦固体激光器技术推动下，高功率半导体激光器出现 突破进展。。1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线
阵连续波输出功率达121W，转换效率为45%。
基本原理构成
半导体激光器
半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的半导体激 光器，由于物质结构上的差异，不同种类产生激光器不 同。常用工作物质有砷化（GaAs）、硫化镉（CdS） 等。