半导体激光器的历史状况及应用

放大器论文半导体激光器论文

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

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).