大功率半导体激光器及其应用
半导体激光器的工作原理及应用
半导体激光器的工作原理及应用摘要：半导体激光器产生激光的机理，即必须建立特定激光能态间的粒子数反转，并有合适的光学谐振腔。
由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性，一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处，另一方面所产生的激光光束也有独特的优势，使其在社会各方面广泛应用。
从同质结到异质结，从信息型到功率型，激光的优越性也愈发明显，光谱范围宽，相干性增强，是半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。
关键词：受激辐射；光场；同质结；异质结；大功率半导体激光器The working principle of semiconductor lasers and applications ABSTRACT: The machanism of lasing by semiconductor laser,which requires set up specially designated reverse of beam of particles among energy stages,and appropriate optical syntonic coelenteronAs the specificity of structure from semiconductor and moving electrons.something interesting happens.On the one hand,the specific process in producing lase,on the other hand,the beam of light has unique advantages。
As the reasons above,we can easily found it all quartersof the society.From homojunction to heterojunction,from informatics to power,the advantages of laser are in evidence,the wide spectrum,the semiconductor open the epoch in the process of laser. Key worlds: stimulated radiation; optical field; homojunction; heterojunction; high-power semiconductor laser 0 前言半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管（LD），是20世纪60年代发展起来的一种激光器。
半导体激光器的应用与分类
半导体激光器的应用与分类半导体光发射器是电流注入型半导体PN结光发射器件，具有体积小、重量轻、直接调制、宽带宽，转换效率高、高可靠和易于集成等特点，被广泛应用。
按照其发光特性，可分为激光二极管（又称半导体激光器或二极管激光器，Laser Diode，LD），通常光谱宽度不]于5nm（采取专门措施可不大于0.1nm）；发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，光谱宽度一般不小于50nm；超辐射发光二极管(Superluminescent Dmde,SLD)，光谱宽度不大于5nm（采取专门措施可不大于0.1nm）；发光二极管（Light Emiltting，LED），光谱宽度一般不小于50nm；超辐射发光二极管（Superluminescent SLD），光谱宽度为30～50nm，本节重点介绍几种半导体激光器，钽电容简要介绍超辐射发光二极管。
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。
LD主要技术摄技术指标有光功率、中心波长、光谱宽度、阈值电流、工作电流、工作电压、斜率效率和电光转换效率等。
半导体激光器的光功率是指在规定驱动电流条件下输出的光功率，该指标直接与工作电流对应，这体现了半导体激光器的电流驱动特性。
如果是连续驱动条件，T491T336M004AT则输出功率就是连续光功率，如果是脉冲驱动条件，输出的光功率可用峰值功率或平均功率来衡量。
hymsm%ddz半导体激光器的中心波长是指激光器所发光谱曲线的中心点所对应的波长，通常用该指标来标称激光器的发光波长。
光谱宽度是标志个导体激光器光谱纯度的一个指标，通常用光谱曲线半高度对应的光谱全宽来表示。
半导体激光的原理和应用
半导体激光的原理和应用引言半导体激光是一种重要的光学器件，具有广泛的应用领域。
本文将介绍半导体激光的工作原理及其在通信、医疗、制造业等领域的应用。
工作原理半导体激光的工作原理基于半导体材料的特性。
当电流通过半导体材料时，会激发出光子并形成发光。
具体工作原理如下：1.pn结构：半导体激光器的基本结构是由p型半导体和n型半导体组成的pn结构。
在pn结构中，p区和n区之间形成空间电荷区，也称为p-n 结。
2.电流注入：当通过pn结施加适当的电压，电子从n区向p区流动，形成电流注入。
这些电子与空穴在p区与n区之间复合，产生光子。
3.光反射：在激光器的两侧，通常会使用反射镜，以确保光子在激光器内部多次反射，增加激射效果。
4.放大效应：在光子多次反射后，激光器中的光子会被放大，形成激光束。
5.激光输出：当光子放大到一定程度时，会通过激光输出端口输出，形成一束聚焦强度高的激光。
应用领域半导体激光广泛应用于下述领域：1. 通信领域•光纤通信：半导体激光器的小体积、高效率和调制速度的优势，使其成为光纤通信中的关键元件。
它们被用于发送和接收信号，实现高速、稳定的数据传输。
•光纤传感器：半导体激光器可以用于光纤传感器中的光源，通过测量光的特性实现温度、压力和应变等参数的监测。
2. 医疗领域•激光眼科手术：半导体激光器可以用于激光眼科手术，如LASIK手术。
它们通过改变角膜的形状来矫正近视、远视和散光等眼科问题。
•激光治疗：半导体激光器可以用于激光治疗，如治疗疱疹病毒感染、减少毛囊炎症等。
3. 制造业领域•材料加工：半导体激光器用于材料加工，如切割、焊接和打孔等。
由于激光束的高能量密度和聚焦性，它们可以实现高精度的材料加工。
•激光制造：半导体激光器可以用于激光制造，如3D打印、激光烧结等。
它们可以实现复杂结构的制造，提高生产效率。
4. 科研领域•光谱分析：半导体激光器可以用于光谱分析，如拉曼光谱和荧光光谱。
它们可以提供高分辨率和高灵敏度的光谱结果，帮助科研人员研究物质的性质。
大功率半导体激光器光束特性及应用的若干问题
大功率半导体激光器光束特性及应用的若干问题大功率半导体激光器光束特性及应用的若干问题随着科技的不断进步和人类对高精度、高能量激光器需求的增加，大功率半导体激光器成为了当前研究和应用中的重要一环。
这些激光器光束特性和应用涉及到许多重要的问题，本篇文章将讨论其中一些关键问题。
首先，我们将讨论大功率半导体激光器的光束特性。
大功率激光器的光束质量是一个重要的指标，它表示激光束的空间和时间特性的好坏。
光束的质量直接影响到激光器的功率传输和聚焦效果。
在大功率半导体激光器中，光束的质量受到很多因素的影响，如激光器晶体的材料、尺寸和结构、光学元件的品质和调节方式等。
因此，研究光束特性的优化方法对提高大功率半导体激光器的性能具有重要意义。
其次，我们将探讨大功率半导体激光器的应用领域。
大功率激光器的高能量和高光强度使其在众多领域具有广泛的应用前景。
例如，它可以用于材料加工，如激光切割和焊接；它还可以应用于激光打印和光纤通信等领域。
此外，大功率半导体激光器还可以用于医疗领域，如皮肤手术和眼科治疗。
对于这些应用领域，研究光束特性对于提高激光器的效率和精确性至关重要。
第三，我们将研究大功率半导体激光器光束的散射特性。
散射是激光器在传输过程中常遇到的一个问题，它会导致光束的强度和能量损失。
特别是对于大功率激光器来说，散射效应更加明显，因此对散射的研究具有重要意义。
例如，采用自适应光学技术可以有效降低散射带来的损失，并实现更好的激光器性能。
最后，我们将探讨大功率半导体激光器光束的调控问题。
光束的调控是激光器中既复杂又关键的一个问题，它决定了光束的形状、方向和功率分布等特性。
对于大功率半导体激光器来说，利用现代光学调控技术进行光束调控非常重要。
例如，采用波前调控技术可以有效改善光束的质量，提高光束的聚焦效果和传输效率。
综上所述，大功率半导体激光器的光束特性及其应用是一个涉及到许多关键问题的研究领域。
这些问题包括光束质量、应用领域、散射特性和光束调控等方面。
激光器及其应用介绍
激光器及其应用介绍激光器（Laser）是一种能产生高度聚束、单色、相干、高能量密度的光束的装置。
它通过激活外部的能量转换装置来产生激光，这种装置可以是光电子元器件、光纤、气体、固体或半导体材料。
激光器的光束特性使其在很多领域都有广泛的应用。
激光器的应用领域非常广泛，下面将对其中的几个主要领域进行介绍。
1.医疗领域激光器在医疗领域有着广泛的应用。
激光手术刀可以通过高度聚焦的激光束进行手术，减少了手术损伤和出血，提高了手术效果。
激光剥蚀术可以用来治疗角膜病变，如近视、远视、散光等。
激光切割术可以用来治疗肿瘤、寻找血管等。
此外，激光器还可以被用来进行皮肤美容，如去除斑点、减少皱纹等。
2.通信领域激光器在通信领域的应用非常广泛。
光纤通信系统中的光源通常使用激光器，它可以产生高强度的单色光束，可以在长距离传输中保持信号强度和质量不变。
激光器还可以通过频率调制技术进行信息传输，实现光纤通信的高速率和高容量。
3.材料加工领域激光器在材料加工领域有着广泛的应用。
激光切割可以用来切割金属、塑料、木材等不同类型的材料。
激光焊接可以用来焊接金属和塑料。
激光打标可以用来在材料表面进行打标和刻字。
激光烧蚀可以用来进行表面清理和剥离。
4.科学研究领域激光器在科学研究领域有着广泛的应用。
由于激光器在时间上的极高分辨率，可以用来进行超快速和超高速的实验研究。
激光器在物理、化学、生物等领域中被广泛应用，用来研究物质的结构和性质。
激光光谱学技术可以用来研究原子和分子的能级结构和光谱特性。
5.军事领域激光器在军事领域有着重要的应用。
激光瞄准器可以用来对准目标，并提供精准的引导和打击。
激光测距仪可以用来测量目标的距离，从而进行精确的射击。
激光通信系统可以用来进行无线通信，提供安全和高效的通信手段。
除了以上几个领域之外，激光器还在很多其他领域中有广泛应用，如环境监测、激光制造、激光显示、激光雷达、激光测绘等。
激光器的研发和应用将为人类的生产生活带来更多的便利和创新。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所简介中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下简称“长春光机所”或“本所”）始建于1952年，是以知识创新和高技术创新为主线，从事基础研究、应用基础研究和工程技术研究以及高新技术产业化的多学科基地型研究所，主要从事发光学、应用光学、光学工程和精密机械与仪器等领域的基础研究、应用基础研究和工程技术研究工作。
作为中国科学院规模最大的研究所，本所在55年的发展历程中，在以王大珩院士、徐叙瑢院士等为代表的一批科学家带领下，研制出中国第一台红宝石激光器、第一台大型电影经纬仪等多种先进设备仪器，创造了十几项“中国第一”；先后参与了包括“两弹一星”、“载人航天工程”等多项国家重大工程项目，取得了1700多项科研成果，获专利授权750多项；组建、援建了10余家科研机构、大专院校和企业单位，并为其输送了2200多名各类专业人才；本所现有在职职工1836人，包括院士4人，正高级研究员176人。
共有22位在本所工作过的优秀科学家当选为中国科学院或中国工程院院士，并涌现出“知识分子的优秀代表”蒋筑英等众多英模人物；近年来，本所先后获得了“全国五一劳动奖状”（连续两次）、“中国载人航天工程突出贡献单位”、“国家科技进步特等奖”等荣誉称号和奖项，为我国国防建设、经济发展和社会进步做出了一系列突出贡献，被誉为“中国光学事业的摇篮”。
邓小平、江泽民、胡锦涛等党和国家几代领导人都曾到本所视察和指导工作。
近年来，作为首批中科院知识创新工程试点单位，本所不断加强科技创新，积极开拓研究新领域，攻克了一系列关键技术，取得了以“神舟五号”、“神舟六号”有效载荷等为代表的一批重大科研成果，已成为我国航天光学遥感与测绘设备、机载光电平台及新一代航空遥感设备和靶场大型光测装备的主要研究、生产基地，并且在光电对抗、地基空间探测等领域的影响力显著增强。
本所投资兴建的总面积2.12平方公里，建筑面积25万平方米，功能齐全、结构合理、设施完备、环境优美的“中科院长春光电子产业园区”已展现在世人面前，为本所的自主研发与加工生产提供了有力保障，已成为我国光电子领域重要的研发、产业和人才培养基地。
大功率半导体激光器合束技术及应用研究
大功率半导体激光器合束技术及应用研究一、概述随着现代科技的飞速发展，大功率半导体激光器在工业加工、医疗、通信等领域的应用愈发广泛，其高效、可靠、体积小的特点使得它在众多领域展现出巨大的潜力。
单个半导体激光器的输出功率往往难以满足实际应用的需求，激光束组合技术应运而生，为提升激光器的输出功率开辟了新的途径。
大功率半导体激光器合束技术，作为一种将多个激光器的输出组合以实现更高功率激光输出的技术手段，正逐渐成为激光技术领域的研究热点。
该技术不仅能够有效提高激光器的输出功率，而且通过优化合束方式，还可以改善光束质量，使激光束更加稳定、均匀。
在实际应用中，大功率半导体激光器合束技术的应用场景十分广泛。
在金属材料焊接、熔覆、表面硬化等工业领域，高功率、高质量的激光束是实现高效加工的关键。
在医疗领域，大功率半导体激光器合束技术也被广泛应用于激光手术、激光治疗等方面，其高精度、高能量的特点为医疗技术的发展提供了有力支持。
1. 半导体激光器的发展历程与现状半导体激光器，作为一种以半导体材料作为工作物质的激光器，自其诞生以来便以其独特的优势在多个领域展现出广泛的应用前景。
从早期的理论探索到如今的成熟应用，半导体激光器的发展历程可谓是波澜壮阔，且不断推动着激光技术的革新与进步。
半导体激光器的早期研究可追溯至上世纪六十年代，当时科学家们开始对半导体材料的激光发射特性进行深入研究。
随着半导体物理和量子理论的不断发展，人们逐渐认识到半导体材料在激光产生方面的巨大潜力。
到了七十年代，随着制造技术的不断进步，半导体激光器开始实现室温下的连续工作，这为其后续的商业化应用奠定了坚实基础。
进入八十年代，随着光纤通信技术的迅猛发展，长波长、长寿命的半导体激光器成为研究热点。
科学家们通过不断优化材料结构和制造工艺，成功研制出了一系列性能优异的半导体激光器，满足了光纤通信对高速、大容量传输的需求。
量子阱激光器的出现，更是为半导体激光器的性能提升开辟了新的道路。
大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告
大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告1．前言近年来，高功率光纤激光器因其优良的性能日益受到人们的重视和青睐，被广泛地应用于工业加工、空间光通信、医疗和军事等各个方面，其迅速发展在很大程度上得益于大功率高亮度半导体激光器技术的进步，大功率半导体激光光纤耦合技术一直是高功率光纤激光器技术的一项关键核心技术。
相反地，半导体激光器泵浦的高功率光纤激光器（DPFL）的发展也带动了大功率半导体激光器技术，尤其是大功率半导体激光光纤耦合技术的进步。
由于单管半导体激光器（LD）的输出功率受限于数瓦量级，远不能满足高功率光纤激光器泵浦源的要求，要获得更大输出功率须采用具有多个发光单元的激光二极管阵列（LD Array）。
按照结构形式的不同，激光二极管阵列分为线阵列（LD Bar）和面阵列（LD Stack），分别如图1(a)和(b)所示，其中LD Bar的输出功率一般在数十瓦至百瓦量级，而LD Stack的输出功率一般在数百瓦乃至上千瓦。
无论是单管LD还是LD Array，由其固有结构特点决定了半导体激光器具有光束发散角较大，输出光束光斑不对称，亮度不高等问题，给作为高功率光纤激光器泵浦源的实际应用带来很大困难和不便。
一个较好的解决方法是将半导体激光耦合进光纤输出，这样既可以利用光纤的柔性传输，增加使用的灵活性，又可以从根本上改善半导体激光器的输出光束质量。
Fig.1 （a）LD Bar 和（b）LD Stack大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术作为一项高新技术，具有很高的技术含量，涉及半导体材料、纤维光学技术、微光学技术、微精细加工技术和耦合封装技术等关键单元技术。
目前为止，大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术主要采用两条技术路线：光纤束耦合法和微光学系统耦合法。
下面将主要以LD Bar 光纤耦合技术为例，就该两种方法进行详细阐述。
2．大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术2．1光纤束耦合法光纤束耦合法（又称光纤阵列耦合法）是早期使用的一种光纤耦合技术，具有结构简单明了、耦合效率高、各发光元的间隙不影响整体光束质量和成本低等优点。
半导体激光器军事用途
半导体激光器军事用途由于半导体激光器具有结构简单、体积小、寿命较长、易于调制及价格低廉等优点, 广泛应用于军事领域，如激光制导跟踪、激光雷达、激光引信、激光测距、激光通信电源、激光模拟武器、激光瞄准告警、激光通信和激光陀螺等。
目前，世界上的发达国家都非常重视大功率半导体激光器的研制及其在军事上的应用。
半导体激光引信是一种光学引信, 属主动式近炸引信的技术范畴。
激光引信通过激光对目标进行探测, 对激光回波信息进行处理和计算, 判断出目标, 计算出炸点, 在最佳位置适时引爆。
炸弹一旦未捕获或丢失目标以及引信失灵后, 自炸机构可以引爆弹丸自毁。
半导体激光引信是激光探测技术在武器系统中最成功的应用。
激光制导：它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。
半导体激光制导已用于地-空导弹、空-空导弹、地-地导弹等。
激光制导跟踪在军事上具有十分广泛的应用。
激光制导的方法之一是驾束制导, 又称激光波束制导。
从制导站的激光发射系统按一定规律向空间发射经编码调制的激光束, 且光束中心线对准目标;在波束中飞行的导弹, 当其位置偏离波束中心时,装在导弹尾部的激光接收器探测到激光信号, 经信息处理后, 弹上解算装置计算出弹体偏离中心线的大小和方向, 形成控制信号; 再通过自动驾驶仪操纵导弹相应的机构, 使其沿着波束中心飞行, 直至摧毁目标为止。
另一种激光制导方法是光纤制导。
通过一根放出的光纤把传感器的信息传送到导弹控制器, 观察所显示的图像并通过同一光纤往回发送控制指令,以达到控制操纵导弹的目的。
激光测距：主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域。
测距仪采用半导体激光器作光源具有隐蔽性,略加改进, 还可测量车辆之间的距离并进行数字显示, 在低于所需安全系数时发出警报。
半导体激光夜视仪和激光夜视监测仪也得到重要应用。
利用半导体激光器列阵主动式夜视仪的光源具隐蔽性, 列阵功率高的特点, 可提高监测距离至1 km, 如配上扫描和图像显示装置, 则可成为激光夜视监测仪。
半导体1710激光器
半导体1710激光器1.引言1.1 概述概述半导体1710激光器是一种重要的光电器件，它利用半导体材料产生激光光束。
激光器作为一种具有单色、相干性和高功率密度的光源，广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
随着科学技术的不断进步，半导体1710激光器在光通信领域扮演着重要的角色。
它能够将电信号转换为激光信号，并通过光纤进行传输，实现高速、远距离的通信。
同时，半导体1710激光器具有体积小、功耗低、寿命长等优势，在光纤通信中得到广泛应用。
此外，半导体1710激光器在医疗领域也有着重要的应用。
激光器能够产生高能量、高光束质量的激光，可以被用于激光手术、激光治疗等医疗操作。
同时，激光器还可以被用于医学影像的获取，如光学相干断层扫描（OCT）技术，能够提供高分辨率的图像，为医生进行准确诊断提供了有力支持。
除此之外，半导体1710激光器还被广泛应用于材料加工领域。
利用激光器的高能量和高光束质量，可以实现对物体进行精细切割、打孔、焊接等操作。
这些应用广泛应用于汽车制造、电子器件制造、航空航天等领域。
综上所述，半导体1710激光器具有广泛的应用前景和重要的科学价值。
本文将重点介绍其工作原理和应用领域，希望通过对半导体1710激光器的深入研究，能够为相关领域的科学研究和工程应用提供有益的参考。
1.2 文章结构文章结构部分的内容需要介绍文章的整体结构和每个部分的主要内容。
可以按照以下方式编写：文章结构本文将以半导体1710激光器为主题，分为引言、正文和结论三个部分。
1. 引言引言部分将概述半导体1710激光器的概念、主要特点和应用领域，并介绍本篇文章的目的和意义。
2. 正文正文分为两个部分，分别是半导体1710激光器的原理和应用。
2.1 半导体1710激光器的原理本节将详细介绍半导体1710激光器的工作原理和关键组成部分，包括半导体材料、激光产生机制和获得1710纳米波长的方法等内容。
通过对原理的解析，读者将能够理解半导体1710激光器的基本工作过程。
《高功率980nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》范文
《高功率980 nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，高功率半导体激光器在科研、工业和日常生活等领域中得到了广泛应用。
980 nm波长的半导体激光器在光通信、激光打印、医疗及科研等方面具有重要意义。
外延结构作为半导体激光器的核心部分，其设计直接关系到激光器的性能。
因此，本篇论文将重点研究高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能。
二、外延结构设计1. 材料选择高功率980 nm半导体激光器的外延结构主要采用InGaAsP 材料系统。
该材料系统具有优秀的电光性能和热稳定性，适合于高功率激光器的制备。
2. 结构层设计外延结构主要由以下部分组成：底层的n型层、中间的光波导层以及顶层的p型层。
在n型层和p型层之间，通过量子阱技术实现光子的产生和放大。
此外，为了满足高功率输出的需求，还需设计合理的热沉结构，以降低激光器在工作过程中的热效应。
3. 生长技术外延结构的生长主要采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术。
该技术具有生长速度快、结构质量高、操作灵活等优点，可实现精确控制材料成分和厚度，从而达到设计目标。
三、性能研究1. 光学性能经过实验验证，设计的高功率980 nm半导体激光器外延结构具有优异的光学性能。
其发射波长稳定在980 nm左右，具有较高的光功率输出和较低的阈值电流。
此外，该结构还具有较高的光束质量和较低的发散角。
2. 电学性能在电学性能方面，该外延结构表现出良好的电流传输特性。
其电阻率适中，使得激光器在工作过程中能够保持稳定的电流输出。
此外，其较低的串联电阻有助于提高激光器的能量转换效率。
3. 热学性能针对高功率激光器在工作过程中产生的热量问题，该外延结构通过优化热沉设计，有效降低了热效应对激光器性能的影响。
实验结果表明，该结构具有良好的热稳定性和较低的热阻抗，有利于提高激光器的长期稳定性和可靠性。
四、结论本论文研究了高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能。
半导体激光器
决定因素
蓝光DVD半导体激光器半导体光电器件的工作波长是和制作器件所用的半导体材料的种类相关的。半导体材 料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着 一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时，就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带 跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。材料科学的发展使我 们能采用能带工程对半导体材料的能带进行各种精巧的裁剪，使之能满足我们的各种需要并为我们做更多的事情， 也能使半导体光电器件的工作波长突破材料禁带宽度的限制扩展到更宽的范围。
工作原理
根据固体的能带理论，半导体材料中电子的能级形成能带。高能量的为导带，低能量的为价带，两带被禁带 分开。引入半导体的非平衡电子-空穴对复合时，把释放的能量以发光形式辐射出去，这就是载流子的复合发光。
一般所用的半导体材料有两大类，直接带隙材料和间接带隙材料，其中直接带隙半导体材料如GaAs（砷化镓） 比间接带隙半导体材料如Si有高得多的辐射跃迁几率，发光效率也高得多。
进入21世纪后，半导体激光器的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，红、橙半导体激光器光效已达 到100Im/W，绿半导体激光器为50lm/W，单只半导体激光器的光通量也达到数十Im。半导体激光器芯片和封装不 再沿龚传统的设计理念与制造生产模式，在增加芯片的光输出方面，研发不仅仅限于改变材料内杂质数量，晶格 缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结构，增强半导体激光器内部产生光子出射的几率， 提高光效，解决散热，取光和热沉优化设计，改进光学性能，加速表面贴装化SMD进程更是产业界研发的主流方 向。
损耗关系
激光器的腔体可以有谐振腔和外腔之分。在谐振腔里，激光器的损耗有很多种类，比如偏折损耗，法布里珀 罗谐振腔就有较大偏折损耗，而共焦腔的偏折损耗较小，适合于小功率连续输出激光，还比如反转粒子的无辐射 跃迁损耗（这类损耗可以归为白噪声）等等之类的，都是腔长长损耗大。激光器阈值电流不过就是能让激光器起 振的电流，谐振腔长短的不同可以使得阈值电流有所不同，半导体激光器中，像边发射激光器腔长较长，阈值电 流相对较大，而垂直腔面发射激光器腔长极短，阈值电流就非常低了。这些都不是一两句话可以说的清楚的，它 们各自的速率方程也都不同，不是一两个式子能解释的。另外谐振腔长度不同也可以达到选模的作用，即输出激 光的频率不同。
大功率半导体激光器合束技术及应用研究
大功率半导体激光束组合技术及其应用研究1.本文概述随着现代技术的发展，大功率半导体激光器在工业加工、医疗、通信等领域显示出巨大的潜力。
单个半导体激光器的输出功率往往难以满足这些领域的需求。
为此，出现了激光束组合技术，该技术将多个激光器的输出组合以实现更高功率的激光输出。
本文主要对大功率半导体激光器的合束技术进行了深入的研究和探索，分析了各种合束技术的原理、特点和应用场景，并对这些技术的未来发展进行了展望。
通过本研究，旨在为大功率半导体激光器的应用提供理论支持和实践指导，促进相关领域的技术进步。
2.半导体激光器的基本理论半导体激光器作为一种重要的光电子器件，其基本理论主要基于固态物理和量子力学。
半导体材料中的电子在受到光和电等外部刺激时会从低能级转变为高能级，形成非平衡电荷载流子。
当这些非平衡载流子通过辐射重新组合并返回到较低的能级时，它们会释放光子，产生激光。
半导体激光器的核心结构包括PN结，其中P型和N型半导体通过扩散形成PN结。
在PN结中，电子和空穴复合并释放能量。
当这种能量以光的形式释放时，就会形成激光。
激光的产生需要三个基本条件：粒子数反转、增益大于损耗和谐振腔的反馈效应。
粒子反转是指在较高能级上的粒子比在较低能级上的多的现象，这是产生激光的先决条件。
大于损耗的增益确保了光在谐振腔中的连续放大。
谐振腔的反馈效应使光在腔内多次反射和放大，最终形成高强度的激光输出。
半导体激光器的波长取决于其活性材料的能带结构。
通过选择不同的半导体材料或调整其组成，可以实现不同波长的激光输出。
通过改变谐振腔的结构和尺寸，还可以控制激光器的波长和输出特性。
在实际应用中，半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、可靠性好的优点，已广泛应用于通信、工业加工、医疗等领域。
随着技术的进步，半导体激光器将在更多的领域发挥重要作用。
3.激光光束组合技术原理高功率半导体激光束组合技术是将多个激光器的输出组合成一个高功率激光输出的技术。
半导体耦合激光器的性能分析及应用研究
半导体耦合激光器的性能分析及应用研究随着现代电子技术的发展，半导体激光器作为一种重要的光源成为了现代光通信技术的核心之一。
半导体耦合激光器（Semiconductor Laser Diode Coupled）采用了半导体与其他材料或器件之间混合的结构，因此具有半导体激光器结构的基础上，还可以使用其它材料和结构进行耦合，从而大大扩展了其应用范围。
本篇文章将重点围绕半导体耦合激光器的性能分析及其应用研究展开，旨在给读者提供一个全面了解半导体耦合激光器的机会。
一、半导体耦合激光器的性能分析1.1 工作原理半导体耦合激光器是一种复合激光器，其结构是将半导体谐振腔与光纤或者波导进行耦合。
在此结构中，激光器输出光从单模光纤或波导中发射出来，具有高品质因子、较低阈值电流和高转换效率等优点。
同时，由于半导体耦合激光器采用了腔耦合结构，在设计中可以灵活控制其性能。
1.2 性能参数半导体耦合激光器的性能参数主要包括发射功率、工作电流、谐振腔和光学带宽等。
其中，发射功率与工作电流直接相关，当工作电流增加时，其发射功率也会相应增加。
谐振腔可以影响激光器的频谱特性，而光学带宽则会决定其最大传输速率。
1.3 器件温度和外界环境的影响半导体耦合激光器采用的是半导体材料，因此其性能受到温度的影响比较大。
器件在高温环境下工作可能会导致器件性能的衰减，同时，温度的变化还会引起波长漂移和发射功率的变化等问题。
二、半导体耦合激光器的应用研究2.1 光通信领域中的应用半导体耦合激光器作为一种具有较高品质因子的激光器，被广泛应用于光通信领域中。
在光纤通信中，半导体耦合激光器可用于主板间和机架间的传输；在无线通信领域，该器件可以用于光调制器和光探测器间的光连接。
2.2 显示技术中的应用半导体耦合激光器的高发射功率和低阈值电流等特性，使得其在显示领域的应用受到了广泛关注。
其中，半导体耦合激光器可以用于投影显示领域，提高显示器的分辨率和显示色彩的数目。
半导体激光器原理及光纤通信中的应用
半导体激光器原理及光纤通信中的应⽤河北科技⼤学光电⼦技术结课论⽂半导体激光器原理及在光纤通信中的应⽤学⽣姓名张青（09L0704216）杨豪杰（09L0704214）刘腾（09L0704208）学⽣专业电⼦科学与技术班级 2摘要:本⽂就半导体激光器介绍了半导体激光器的⼯作原理，较详尽地阐述了它在光纤通信中的应⽤情况。
关键词：半导体激光器谐振腔泵浦源⼯作物质光纤通信WDM激光技术; 半导体激光⼀、半导体激光器1.什么叫激光激光的英⽂叫Laser light amplification bystimulated emission of radiation. 就是通过受激发射实现光放⼤。
光通过谐振腔的选模作⽤和增益介质的放⼤作⽤，经过震荡和放⼤，实现拥有单⾊性、准直性、相⼲性⾮常好的光束，这个就是激光。
激光器有很多种类型，但他的必要组成部分⽆外乎：谐振腔、增益介质、泵浦源。
2、半导体激光器的⼯作原理2.1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。
2.2⼯作原理半导体激光器⼯作原理是激励⽅式，利⽤半导体物质(既利⽤电⼦)在能带间跃迁发光，⽤半导体晶体的解理⾯形成两个平⾏反射镜⾯作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产⽣光的辐射放⼤，输出激光。
半导体激光器是以⼀定的半导体材料做⼯作物质⽽产⽣受激发射作⽤的器件.其⼯作原理是,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,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)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.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。
理论上认为半导体激光器应该是在直接带隙半导体PN结中．⽤注⼊载流⼦的⽅法实现由柏纳德——杜拉福格条件所控制的粒⼦数反转；由⾼度简并的电⼦和空⽳复合所产⽣的受激光辐射在光学谐振腔内振荡并得到放⼤，最后产⽣相⼲激光输出。
高功率半导体激光器阵列及其应用
杂 的光耦合系统将激射激光聚焦于一点。现对激光器阵列条 ， 高功率半 导体激光器阵列 的散热技术 ， 高
功 率半 导体 激 光器 光耦合 等 进行介 绍 。
中图分 类号 ： Ｎ ３ ５ Ｔ ６
文献 标识 码 ： Ａ
半 导体激 光 器 已成 为 当今光 电子科 学 的核 心 技 术 ， 年 的 市 场 容量 成 倍 增 加 ， 其 是 高 功 率半 导体 每 尤 激光 器 阵列 因其 高 的输 出功率 、 高效 率 、 稳 定 性 和 小体 积 而 在 通讯 、 高 医疗 、 材料 处 理 和军 事 等 领 域 得 到 广 泛应 用 。 目前 国 际上高 功率半 导 体激 光器 准连 续 （ Ｃ 二 维列 阵器 件输 出功 率达 ｋ 级 ， Ｑ Ｗ） Ｗ 线阵 器 件连 续 （ Ｗ ） 出达数 ｌ ， Ｃ 输 Ｏｗ 欧美 和亚 洲 的 日本 在这 方 面 的研究 处 于领先 地位 ， 如美 国的 Ｃ ｈｒｎ、 ｏｅｅｔＩ Ｓ Ｌ、 ＭＣ、Ｄ
研 究 中所 面 临的 关键 性技 术 问题—— 半 导体 激 光 器 阵列 条 、 高功 率 半导 体 激光 器阵 列 的散 热 技 术及 其光耦 合技 术 ， 出降低 半 导体激 光 器 的生产 成本 是提 高我 国国 际竞争 力的 重要 手段 。 指
关键 词 ： 激光 器 阵列 ； 热 ； 通道 热 沉 ； 散 微 光耦 合
列 条 的输 出功 率 ， 要尽 可能 提高 单 位 阵列 条 的发 光 比例 。阵列 条 长 度 的选 取 可根 据 实 际 需 要 来 决定 ， 就 当前 主要 有 １ 和 １ ｍ 两种 长度 ， １ ｍ 的激 光 条使 用 更 多 。每一 个 激射 单 元 的宽 度 大 约 在 ６ ０ｍｍ ８ｍ 而 ０ｍ ０
半导体激光器的原理及其应用
增益系数和粒子数反转的关系也取决于谐振腔内的工作物质
n c2 A21 n c 2 Gν f ν f ν 8 2ν2 8 2ν2t复合
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§12.4 半导体激光器
姓名：xxx 学号：xxxxx
本章主要内容
1.激光器 2.半导体 3.半导体激光器
§ 1. 激光器 什么是激光器？
使入射光 得到放大， 是核心
泵浦源
光抽运
供给工作 物质能量
工作介质
激光束
只让与反射镜轴向平行的光束能在激活介质中来回地 反射，连锁式地放大。最后形成稳定的激光输出。
图 激光束的空间分布示意图
※ 3.4半导体激光器工作的阀值条件
◆ 要实现电子数的反转，输入电流要很高。当电流较小时，此时只发出 普通光，当电流增大到某一值时，开始发射出激光，此电流即是阀值电流。 激光器产生激光的前提条件除了粒子数发生反转还需要满足阈值条件
G a内 1 lnr1 r2 2L
能否产生振荡,取决于增益与损耗的大小。对光学谐振腔, 要获得光自激 振荡, 须令光在腔内来回一次所获增益,至少可补偿传播中的损耗。
激光振荡阈值是腔内辐射由自发辐射(荧光)向受激辐射(激光)转变的转折 点。
※ 1.3 激光器的增益和损耗
(一) 激光器的增益
增益：在注入电流的作用下，激活区受激辐射不断增强。 增益系数的定义： 光强随距离的变化：
半导体激光器ppt课件
目录
半导体激光器简介
半导体激光器工作原理
半导体激光器的分类
半导体激光器的应用
• 半导激光器简介：
• 半导体激光器是以一 定的半导体材料做工 作物质而产生激光的 器件。.
• 半导体激光（Semiconductor laser）在1962年被 成功激发，在1970年实现室温下连续输出。后来 经过改良，开发出双异质接合型激光及条纹型构 造的激光二极管（Laser diode）等，广泛使用于 光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激 光指示器（激光笔），是目前生产量最大的激光 器。
• （7）动态单模激光器
• （9）量子阱激光器
（8）分布反馈激光器
（10）表面发射激光器
• （11）微腔激光器
半导体激光器的应用
•军事领域
•如激光制导跟踪、激光雷 达、激光引信、激光测距、 激光通信电源、激光模拟 武器、激光瞄准告警、激 光通信和激光陀螺等。目 前世界上的发达国家都非 常重视大功率半导体激光 器的研制及其在军事上的 应用。
•印刷业和医学领域
•如CD播放器，DVD系统和高密度光存储器可见光面发射激光器在光 盘、打印机、显示器中都有着很重要的应用，特别是红光、绿光和蓝 光面发射激光器的应用更广泛蓝绿光半导体激光器用于水下通信、激 光打印、高密度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清 晰度彩色电视机中。
供应平板刻绘机
The end,thank you!
半导体激光雷达 半 导 体 激 光 武 器 模 拟
半导体激光瞄准和告警
半导体激光测距
半导体激光引信
半导体激光制导跟踪
军用光纤陀螺
•光纤通信系统
半导体激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电 路平面工艺组成光电子系统。
半导体激光器及其应用
适用层次：硕士■博士□
开课学期：讲授与研讨
总学时/讲授学时：32
学分：2
适用专业：光学工程、物理电子学
课程组教师姓名
职称
专业
年龄
学术专长
黄黎蓉
教授
物理电子学
46
半导体光电器件原理、
制作与应用
余永林
教授
半导体物理
52
半导体光电器件原理、
应用
课程教学大纲：
第一章半导体中激光器的物理基础
§1.1半导体激光器的发明与发展
§7.3大功率半导体激光器泵浦光纤放大器和光纤激光器
§7.4大功率半导体激光器在工业、生物和医学上的应用
第八章半导体激光器的光输出技术与安全使用
§8.1半导体激光器与单模光纤的耦合
§8.2半导体激光器的其他光耦合技术
§8.3半导体激光器的安全使用
教材:
黄德修，刘雪峰，半导体激光器及其应用.国防工业出版社.1999年5月.
§1.2半导体中能带的基本概念及电子在能带之间的跃迁
§1.3半导体激光器的基本工作原理
第二章半导体激光器的基本结构
§2.1异质结半导体激光器
§2.2半导体激光器波导结构
§2.3半导体激光器常用材料体系
§2.4半导体激光器制作工艺
第三章半导体激光器的主要性能
§3.1半导体激光器的阈值特性
§3.2半导体激光器的效率
附
课程名称：半导体激光器及其应用
课程代码：182.518
英文名称：Semiconductor Lasers and Their Applications
课程类型：□高水平课程□国际化课程□高水平国际化课程■一般课程课程
半导体激光器的历史状况及应用
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。
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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 入电流的金属电极，和两个腔面面构成的谐振腔 组成。 • 制造激光器需要以下步骤 在衬底上进行外延生长 表面图形制作，形成绝缘区和导电区 解理和腔面镀膜形成谐振腔 将芯片固定在热沉上
大功率半导体激光器及应用
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室 马晓辉
概 述
一、激光
二、半导体激光器 三、大功率半导体激光器研究进展 四、半导体激光器的典型应用 五、半导体激光器市场及发展前景
一、激 光
• 激光技术、计算机技术、原子能技术、生物技术， 并列为二十世纪最重要的四大发现。是人类探索 自然和改造自然的强有力工具。 • 与电子电力技术、自动化测控技术的完美结合，
Maiman （梅曼） Charles H. Townes （汤森) Arthur L. Schawlow （肖洛夫）
原子和能级
• 按量子力学理论，原子具有的能量是随原子种类不同而不 等的离散性数值，可以用电子的动能和势能之和表达。 • 原子能量的任何变化（吸收或辐射）都只能在某两个定态 之间进行。原子的这种能量的变化过程称之为跃迁。 • 三种类型的跃迁：吸收、自发辐射和受激辐射。
•
几种波长激光二极管的材料组份
3.2 光学谐振腔
3.2.1 垂直波导结构
• 垂直结构，也就是外延 层结构，包括光波导和 采用量子阱的PN结。 • 波导的设计利用了折射 率n随禁带宽度变化这一 特点（禁带宽度增加折 射率降低）。 • QW被镶嵌在高折射率 材料的核心区，盖层的 折射率比核心区要低。
4、激光器的种类
• 按工作物质的性质分类 气体激光器：氦一氖气体激光器，方向性好，单色性好，输出功率和 波长能控制得很稳定。 固体激光器：典型代表有Nd3+:YAG，能量大、峰值功率高、结构紧 凑、牢固耐用等优点。 半导体激光器：以半导体为工作物质，常用材料有GaAs、InP等。具 有小型、高效率、结构简单等优点 液体激光器：有机化合物液体（染料）和无机化合物液体激光器，波 长可调谐且调谐范围宽广、可产生极短的超短脉冲、可获得窄的谱线 宽度。 按工作方式区分 连续型 脉冲型
810nm外延结构图
• 有源层是一个张应力GaAsP量子阱结构，厚度为15nm。 • 芯层由Al0.45Ga0.65As组成。盖层为70%的AlAs。 • 随着芯层的厚度增加光束发散角和腔面承受的功率密度会而急剧减小 （LOC为大光学腔）。 • 增加腔长可以弥补由于低限制因子对增益的影响，获得高效率激光器
3、 激光二极管工作原理
• 产生的激光条件
受激辐射放大 光学振荡反馈 激光的阈值条件：增益大于损耗 半导体激光器的三个问题 光增益
谐振腔
发光效率
半导体物理基础知识
能带理论 直接带隙和间接带隙半导体 能带中电子和空穴的分布 量子跃迁 半导体异质结 半导体激光器的材料选择
折射率导引激光器（Index guide LD）
• 强折射率导引的掩埋异质结激光器（BH-LD）
弱折射率导引激光器
• 脊波导激光器（RWG-LD） • 改变侧向的层结构，使
有效折射率产生变化。 • 其中最容易的办法是在 P面刻蚀盖层，将一部 分波导层腐蚀，选择低 折射率材料代替，如 Al2O3或Si3N4，有效折 射率将减小。 • 在大功率器件中此结构 常被采用作为模式选择 过滤器
5、其它激光器
• • • • • • • 光纤激光器 化学激光器 气动激光器 色心激光器 自由电子激光器 单原子激光器 X射线激光器
二、半导体激光器
1962年，美国，同质结GaAs半导体激光器，液氮温度下脉冲工作。 1967年，液相外延的方法制成单异质结激光器，实现了在室温下脉冲 工作。 1970年，美国的贝尔实验室制成了双异质结半导体激光器,实现了室 温连续工作。 70年代以后。量子阱技术、MBE、MOCVD新型外延技术---量子阱激 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。
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 作用。产生了由于折射率退化而 产生的反波导效应。反波导导致 了光学损失，在阈值附近效率有 轻微下降。 • 在阈值之上，激光器热效应的影 响占主要地位。在电流注入区的 折射率更高，使得激光器有标准 的折射率导引。效率稍有提高， 但激光发散角也稍有增长。
双异质结构激光二极管的结构
量子阱结构
单量子阱结构
现代的激光二极管，有源区采用量子阱结构，厚度约为10nm。
多量子阱结构
量子阱作为有源区的几点优势
• • • • 量子阱外带隙大，注入载流子被限制在QW区域产生反转。由于量 子阱很薄，注入电流密度比同质结减少了1000倍。 载流子被有效的捕捉进量子阱中，使其没必要将掺杂物质掺杂到靠 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 的外部效率。（增加腔长来减少热效应和串联电阻） 量子阱厚度为10nm。这样的薄层允许材料的晶格常数GaAs有一些 失配。 将Ga的一部分换成In，波长将会达到1100nm。引入的张力进一步 提高了态密度的分布，阈值电流密度大概为200A/cm2。将As换成P， 波长范围可扩展到730nm。
hv
自发辐射
• 处于高能态的原子是不稳定的。它们在激发态停留的时间 非常短（数量级约为10-8s），会自发地返回基态去，同时 放出一个光子。 • 这种自发地从激发态跃迁至较低的能态而放出光子的过程， 叫做自发辐射。 E3 E2 E1
自发辐射示意图
hv
自发辐射的特点
• 这种过程与外界作用无关。各原子的辐射都是独立地进行。 因而所发光子的频率、初相、偏振态、传播方向等都不同。 不同光波列是不相干的。 • 例如霓虹灯管内充有低压惰性气体，在管两端加上高电压 来激发气体原子，当它们从激发态跃迁返回基态时，便放 出五颜六色的光彩。
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。
2、半导体激光器的分类
• 半导体激光器通常可以按照 半导体材料，发射波长，器 件的结构，输出功率进行分 类。 • 大功率半导体激光器的种类： 单管：宽条形激光二极管 Bar条：线列阵激光二极管 叠层：面阵激光二极管
能带理论:晶体中原子能级分裂
• 晶体中的电子作共有化运动， 所以电子不再属于某一个原 子，而是属于整个晶体共有 晶体中原子间相互作用，导 致能级分裂，由于原子数目 巨大，所以分裂的能级非常 密集，认为是准连续的，即 形成能带 半导体中电子的能级与金属 有本质的区别，在半导体中 原子和价电子间的相互作用 使价电子分成被禁带相隔的 价带和导带。 Li原子和金属的能带结构图
3.2.2 横（侧）向波导
层结构给出了有效折射率的值，这个值接近芯层折射率。 任何一个对波导结构折射率的影响都会改变有效折射率。 侧向有效折射率发生变化，波导就类似于垂直结构，与通 常的波导相似形成了芯层和盖层。 对于大功率激光二极管器，产 生一个弱波导。弱波导有更大 的基模尺寸，更低的腔面载荷 和更高的输出功率。
受激辐射
• 激发态的原子，受到某一外来光子的作用，而且外来光子 的能量恰好满足hv=E2-E1，原子就有可能从激发态E2跃迁 至低能态E1，同时放出一个与外来光子具有完全相同状态 的光子。这一过程被称为受激辐射 E2
hv
E2
hv hv
E1
受激辐射示意图
E1
2、产生激光的必要条件
• 粒子数反转：选择具有适当能级结构的工作物质，在工作 物质中能形成粒子数反转，为受激辐射的发生创造条件； • 光学谐振腔：选择一个适当结构的光学谐振腔。对所产生 受激辐射光束的方向、频率等加以选择，从而产生单向性、 单色性、强度等极高的激光束； • 一定的阈值条件：外部的工作环境必须满足一定的阈值条 件，以促成激光的产生。
间接带隙半导体电子跃迁时：始态和终态的 波矢不同，必须有相应的声子参与吸收和发 射以保持动量守恒，所以跃迁几率低。 （如：Si，Ge等）
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
E3 E2 E1
光子的吸收
• 一个原子开始时处于基态E1，若不存在任何外来影响，它 将保持状态不变。如果有一个外来光子，能量为hv，与该 原子发生相互作用。且hv=E2-E1，其中：E2为原子的某一 较高的能量状态-激发态。则原子就有可能吸收这一光子， 而被激发到高能态去。这一过程被称之为吸收。 • 只有外来光子的能量hv恰好等于原子的某两能级之差时， 光子才能被吸收。 E3 E2 E1 E3 E2 E1
•
在金属中，不同的能带交叠形成一个有部分充满电子的能带
•
单晶Si的二维结构和能带图
能带中电子和空穴的分布
掺杂半导体- n型半导体(As-Si)
掺杂半导体- p型半导体(B---Si)
n型半导体和p型半导体能带图
光的受激辐射、自发辐射和吸收对应的跃迁
直接带隙和间接带隙半导体