半导体激光器的应用与前景

关于半导体激光器

作者

摘要：目前半导体激光器发展非常快。随着技术的成熟，半导体激光器的应用也越来越广泛。本文主要分析半导体激光器的国内外发展现状，总结其原理、应用。评估半导体激光在未来的发展。

关键词：半导体激光器原理与应用未来前景Abstract:Nonadays,the semiconductor laser develop very fast.with the technology becomed more and more adultness, the semiconductor laser was application in kinds of filed.This essay analysis the semiconductor laser statu of develop in home and foreige,at the same time ,summarizing its principle and applicat- Ion.estimating the semiconductor laser develop in future.

Keywords:the semiconductor laser principle

and application the prospest

国内外发展状况：

相对于固体激光器和气体激光器来说，半导体

激光器真可谓是姗姗来迟，但是它具有效率高、体

积小、寿命长、成本低、等优点，目前在激光器领

域中已占据一半以上的市场份额，而且还在不断扩

大，大有取代传统激光器的趋势[1]。

半导体激光是目前各种激光中发展最快的，它

占有激光市场的最大份额。半导体激光器又称为二

极管激光器（LD），随着生长技术的进步、器件量

产化能力的提高、性能的改善及成本的下降 , LD 陆续扩展到许多其它应用领域,包括 CDROM

驱动、激光打印、可擦除光存储驱动、条码扫描、

文娱表演、光纤通信 ,以及航空和军事应用如军训

模拟装置、测距机、照明器、CI等。由于LD的

开发始终与迅速增长的用户终端和消费市场 , 尤其是与计算机、通信技术和军事应用市场紧密结合 ,其技术和市场一直呈现高速增长趋势。

在国外各大电子、半导体公司纷纷投入巨资

在研究半导体激光器方面，也收到了良好的效益。1995 年12 月,索尼、菲力浦、Time Warner、东

芝与松下、日立、三菱、胜利、先峰 ,以及后来参加的 ThomsonCSF 就通用型 DVD 的标准细节达成

最后协议,这不仅掀起一场音像市场的革命,更为

红光 LD的生产开辟了巨大的潜在市场。目前主要分为大功率LD和小功率LD。用于信息技术领域

的小功率LD发展极快。大功率 LD 研制生产

水平最高的是美国的，SDL 和 Optical Power 公司。它们提供的大功率器件占世界市场的 60 % 以上。高效率、高功率LD及其列阵的迅速发展也为全固化激光器，亦即半导体激光泵浦(LDP)的固体激光器的迅猛发展提供了强有力的条件。LD 泵浦的固体激光器应用市场年增长率达80%

以上, 1996年民用市场为3114台, 1997年增

长到4753台,产值分别达到5298万美元和

87721万美元。军用市场的产量少于民品,但产

值较高,因军用器件功率和可靠性等要求高于

民品。同时，光纤系统在中短距离和中容量的

巨大市场 ,半导体器件市场潜力很大。在军用上,主要是成像雷达、激光测距1500 m 左右、

武器引爆、武器模拟和卫星之间的大气通信等。在民用方面,材料加工和印刷以及医疗是增长

最块的市场,年增长率在 50 %左右。所以说, 800 nm 波长大功率LD是整个半导体激光市场

上最耀眼的明星,子阱LD最早实用化的波长区[2]。

原理或机理。

半导体激光二极管是把电能转换为光能的器件，半导体物理发展的最新成果，采用了量子阱(Q W)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构，引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bra -gg

发射器最新技术，同时还发展了MBE、MOC -VD

及CBE等晶体生长技术新工艺，使得新的外延

生长工艺能够精确地控制晶体生长，达到

原子层厚度的精度，生长出优质量子阱以及应变量子阱材料。

半导体激光器的工作原理：

半导体激光器基本结构[3]：

图1-1 半导体PN结

PN结LD的特点：阈值电流高，常温下不能连续工作。

激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。必须满足以下基本条件。

1.有源区载流子反转分布。

2.谐振腔：使受激

辐射多次反馈，形成振荡。3.满足阈值条件，使增益>损耗，有足够的注入电流。

谐振腔的三功能：光放大、频率选择、正反馈。阈值条件：增益必须大于损耗；

图1-1 受激辐射

受激辐射：在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。粒子数反转分布：粒子数反转分布是产生激光的必备条件。

图1-2 粒子数反转分布

光增益：光学谐振腔的正反馈，使受激辐射得到放大。

图1-3 光学谐振腔

半导体激光器的应用：

目前半导体激光器的应用非常广泛：包括军用、商用、民用。

军用方面[4]：

半导体激光雷达：早在70年代，半导体激光雷达采用合作目标探测，就已用于舰船入港时避障和防撞，空间会合和高速或超高速干道上车辆的测距。例如美国国际电话公司在1967 年就研制出了第一代用于飞船交会制导的GaAs 扫描激光雷达，1977年研制出了第二代，作用距离90km，这种飞船载雷达机动性好，总重量为18kg。半导体激光雷达已用于卫星对接系统，该雷达系统由几个子系统组成，一部分安装在第一卫星上，另一部分安装在第二个卫星上。此外，在1977年之前美国就开发出了一种便携式GaAs激光雷达，它用GaAs激光器照明。半导体激光雷达曾用于直升机在甲板上的起降控