半导体激光器简介
半导体激光器工作原理及基本结构
工作三要素：
01
受激光辐射、谐振腔、增益大于等于损耗。
02
半导体激光器工作原理
02
在材料设计时，考虑将p区和n区重掺杂等工艺，使得辐射光严格在pn结平面内传播，单色性较好，强度也较大，这种光辐射叫做受激光辐射。
条形结构类型
从对平行于结平面方向的载流子和光波限制情况可分为增益波导条形激光器(普通条形)和折射率波导条形激光器(掩埋条形、脊形波导)。
”
增益波导条形激光器 (普通条形)
特点：只对注入电流的侧向扩展和注入载流子的侧向扩散有限制作用，对光波侧向渗透没有限制作用。 我们的808大功率激光器属于这种结构：把p+重掺杂层光刻成条形，限制电流从条形部分流入。但是在有源区的侧向仍是相同的材料，折射率是一样的，对光场的侧向渗透没有限制作用，造成远场双峰或多峰、光斑不均匀，同时阈值高、光谱宽、多纵摸工作，有时会出现扭折问题。
半导体激光器材料和器件结构
808大功率激光器结构
采用MOCVD方法制备外延层，外延层包括缓冲层、限制层、有源层、顶层、帽层。有源层包括上下波导层和量子阱。
有源层的带隙比P型和N型限制层的小，折射率比它们大，因此由P面和N面注入的空穴和电子会限制在有源区中，它们复合产生的光波又能有效地限制在波导层中。大大提高了辐射效率。
最上面的一层材料（帽层）采用高掺杂，载流子浓度高，目的是为了与P面金属电极形成更好的欧姆接触，降低欧姆体激光器器件制备
大片工艺包括：材料顶层光刻腐蚀出条形、氧化层制备光刻、P面和N面电极制备、衬底减薄。 条形结构：在平行于结平面方向上也希望同垂直方向一样对载流子和光波进行限制，因此引进了条形结构。 条形结构的优点： 1. 使注入电流限制在条形有源区内，限制载流子的侧向扩散， 使 阈值电流降低； 2. 有源区工作时产生的热量能通过周围四个方向的无源区传递而逸散，提高器件的散热性能； 3. 有源区尺寸减小了，提高材料均匀的可能性； 4. 器件的可靠性提高、效率提高、远场特性改善。
半导体激光器的原理及其应用
半导体激光器的原理及其应用半导体激光器（Semiconductor Laser）是一种将电能转化为光能的电器器件，它利用特定材料中的半导体结构实现激光的放大和产生。
半导体激光器在通信、医疗、信息技术、材料处理等领域中有着广泛的应用。
本文将详细介绍半导体激光器的工作原理及其在不同领域中的应用。
首先，受激辐射是激光器产生激光的基本原理。
半导体激光器利用电子和空穴在半导体材料中的受激跃迁过程产生激光。
当电子从高能级跃迁到低能级时，会放出能量，产生光子。
激光的频率由能带结构决定，不同材质的半导体激光器可以产生不同频率的激光。
其次，光放大是激光器中的一个过程，它使得光子得以在介质中反复穿过并放大。
半导体激光器中利用光子在半导体材料中的受激辐射过程反复放大，产生激光。
半导体材料通常是由n型和p型半导体构成的p-n结构，在这个结构中，通过电流激活半导体材料，使得电子和空穴在材料中产生受激跃迁。
最后，频谱调制是调整激光器输出频率的过程。
通过对激光器中的电流进行调制，可以改变激光器输出的光频率，实现不同应用需求下的频谱调制。
半导体激光器在通信领域中有着广泛应用。
将半导体激光器与光纤相结合，可以实现高速、长距离的光通信系统。
半导体激光器的小体积和低功耗使其成为光通信系统中的理想光源。
在光通信系统中，半导体激光器可以用于光纤通信、光纤传感和激光雷达等方面。
此外，半导体激光器在医疗领域中也有重要应用。
激光手术、激光治疗和激光诊断等技术中，半导体激光器可以提供高效、精确的激光光源，对人体组织进行准确的切割、焊接和光疗。
与传统治疗方法相比，激光器手术可以实现非侵入性、精细化的治疗，减少患者的痛苦和恢复时间。
此外，半导体激光器还广泛应用于信息技术领域。
它可以作为光纤传输中的光源，用于高速数据传输。
在信息存储和显示技术中，半导体激光器可以用于光盘、激光打印和激光投影等设备中。
此外，半导体激光器还可以用于材料加工和材料科学研究中。
半导体激光器ppt课件
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
目录
CONTENTS
1 基本介绍及发展 2 基本原理及构成
3 主要特性
4 分类、应用及发展前景
基本介绍及发展
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
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
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%。
半导体激光器 材料
半导体激光器材料
半导体激光器，也被称为激光二极管，是一种使用半导体材料作为工作物质的激光器。
由于物质结构上的差异，不同种类的半导体激光器产生激光的具体过程会有所不同。
在制作半导体激光器时，需要使用满足一定要求的半导体材料。
这些要求包括：
1. 直接带隙：只有具有直接带隙的材料，在电子-空穴复合产生光子时，才无需声子参加，从而有较高的发光效率。
2. 晶格匹配：作用层和限制层的晶格需要匹配，以确保激光器的性能。
3. 晶体完整性：要求晶体完整，位错密度、有害杂质浓度应尽量小。
常用的半导体激光器工作物质包括砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。
此外，半导体材料是一类具有半导体性能的电子材料，其导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内。
按照化学组成、
结构和性能的不同，半导体材料可以分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体等。
总的来说，对于半导体激光器的应用和发展，其材料的选择和处理是非常重要的。
半导体激光器资料
半导体激光器资料半导体激光器（Semiconductor Laser）是一种利用半导体材料发射激光的装置。
该装置被广泛应用于通信、医学、材料加工等领域，是20世纪最重要的科技创新之一、本文将介绍半导体激光器的原理、结构、性能及应用。
半导体激光器的工作原理主要是电子复合：当电流通过半导体器件时，正电子与负电子之间发生复合的现象，释放出能量。
这种能量释放通过光的形式，即激光。
与其他类型的激光器不同，半导体激光器的工作原理是基于半导体材料的直接能带结构，可以利用半导体材料的电学性质来控制激光的特性。
半导体激光器通常由以下几个基本部分组成：激活材料、泵浦源、光学腔、输出镜和电流注入结构。
半导体激光器的激活材料一般是由III-V族元素化合物半导体材料构成，如氮化镓（GaN）、磷化铟（InP）等。
泵浦源通常是电流或光，其作用是提供能量给激活材料。
光学腔是由两个平行的半反射镜组成，通过反射来放大光强。
输出镜是腔外的一面镜子，用于将激光从腔中引出。
电流注入结构是用来提供电流给激活材料。
半导体激光器具有许多优点，如体积小、能耗低、效率高、寿命长等。
其小巧的体积使得半导体激光器可以集成到复杂的系统中，例如通信设备中的激光二极管。
能耗低意味着半导体激光器可以在电池供电的移动设备中使用，并且不会过度消耗电能。
高效率使得半导体激光器可以更好地利用能量，输出更强的激光功率。
寿命长意味着半导体激光器的使用寿命较长，不需要频繁更换，从而降低了维护成本。
半导体激光器具有广泛的应用，其中最重要的一项是通信。
半导体激光器可以通过光纤传输大量的数据，提供高速、高带宽的通信。
此外，半导体激光器还可以用于激光打印机、医学设备、材料加工等领域。
例如，半导体激光器可以用于激光雷达、激光治疗器和激光切割机等设备中。
总之，半导体激光器是一种重要的光源装置，具有广泛的应用前景。
通过利用半导体材料的电学性质，可以控制激光的特性，使其具有小巧、高效、长寿命的特点。
半导体激光器特点
半导体激光器特点
半导体激光器（Also known as semiconductor laser）是一种基于半导体材料工作的激光器。
它具有以下特点：
1. 小型化：半导体激光器的体积小，重量轻，可以方便地集成在各种设备中，如光纤通信、激光打印机、激光读写光驱等。
2. 高效率：半导体激光器的电-光转换效率高，能将输入的电能高效地转化为光能，相对于其他类型的激光器有更低的功耗和更高的功率输出。
3. 长寿命：半导体激光器具有较长的工作寿命，能够持续稳定地工作数千小时甚至更长时间。
4. 快速响应：半导体激光器的开关速度较快，可以在纳秒级别进行调制和调制解调，适用于高速光通信和光存储等领域。
5. 容易调谐：半导体激光器具有较宽的工作波长范围，通过改变电流、温度和施加外界的光学调制，可以实现对激光波长的调谐。
6. 相干性：半导体激光器的输出是相干光，光束质量高，光束模式稳定，光学特性优异。
7. 低成本：由于半导体激光器制造工艺成熟，成本较低，容易大规模生产，因此价格相对较低。
总的来说，半导体激光器的小型化、高效率、长寿命和容易调谐等特点，使其成为广泛应用于通信、医疗、材料加工、生物科学等领域的重要激光器。
半导体激光器的概念
组织行为学案例分析组织行为学：组织行为学是系统地研究人在组织中所表现的行为和态度的学科。
是行为科学的一个分支，是一门以行为学为基础，与心理学、社会学、人类学、工程学、计算机科学等学科相交叉的边缘性学科。
随着社会的发展，尤其是经济的发展促使了企业组织的发展，组织行为学越来越受到人们的重视。
组织行为学案例精选精析：《组织行为学案例精选精析》是2008年中国社会科学出版社出版的图书，作者是周瑜弘。
目录：第一章组织行为学导论案例1－1 霍桑工厂的实验案例1－2 油漆厂工人为什么闹事案例1－3 王安电脑公司的启示案例1－4 王厂长的会议案例1－5 无效的激励不如不激励案例1－6 哪种领导类型最有效第二章知觉与行为案例2－1 碧浪冲击吉尼斯案例2－2 姜村的秘密案例2－3 尤尼帕特公司的约翰．尼尔案例2－4 电车公司的服务小姐案例2－5 “救火式”的反复培训缘何失效案例2－6 国强电器有限公司中山店第三章个性行为案例3－1 美晨集团销售员的选拔案例3－2 金春电子电器工业公司谁当经理案例3－3 东方广告公司案例3－4 飞腾软件股份有限公司案例3－5 研究所里来了个魏清案例3－6 性格与工作发展第四章价值观与态度案例4－1 惠普的价值观案例4－2 中国移动的核心价值观案例4－3 中年人的失落案例4－4 海洋公司案例4－5 三联软件公司第五章激励理论案例5－1 林肯电气公司案例5－2 微软的员工案例5－3 我们愿意加班案例5－4 揭榜的积极性有多高案例5－5 世界航空公司案例5－6 海尔的崛起第六章群体行为案例6－1 志成化学有限公司案例6－2 索娅公司的生产管理部案例6－3 宁顿公司案例6－4 办公室里来的年轻人案例6－5 转变团队领导的管理方式案例6－6 斯德恩斯公司的虚拟团队第七章人际关系案例7－1 通用电气的“情感管理”案例7－2 严伟为何要跳槽案例7－3 胜利公司无奈的株连政策案例7－4 民营企业如何处理好员工关系案例7－5 凯茜·布福德与乔·杰克逊的交流案例7－6 吉星保险公司第八章信息沟通案例8－1 项目经理季亮该怎么做案例8－2 小道消息传播带来的问题案例8－3 杨瑞该怎么办案例8－4 和平航空售票中心女售票员案例8－5 联合制造公司总经理奥斯特曼的会议案例8－6 “川气出川”工程不了了之第九章冲突管理案例9－1 女秘书PK老板“邮件门”事件案例9－2 爱通公司案例9－3 亚通网络公司案例9－4 混凝土预制件公司案例9－5 借沟通解决劳资纠纷第十章压力管理案例10－1 “9·11”事件余震的反应案例10－2 王永庆用人的两大法宝案例10－3 捷通科技有限公司的程序员案例10－4 百事可乐公司案例10－5 春天测控仪表厂青年女工的变化案例10－6 王宏亮主管经常出现暂时性失忆第十一章领导行为案例11－1 升任公司总裁后的思考案例11－2 他为什么打不开工作局面案例11－3 挑战者号航天飞机案例11－4 副总家失火以后案例11－5 欧阳健的领导风格案例11－6 机加工车间主任的领导方式第十二章组织行为案例12－1 巴恩斯医院案例12－2 美国商用计算机和设备公司案例12－3 三九企业的组织设计案例12－4 通用电气公司的组织变革案例12－5 王安实验室与惠普公司案例12－6 乐百氏组织的结构第十三章组织文化案例13－1 米其林有什么“文化”案例13－2 迪斯尼的成功案例13－3 华为公司的企业文化案例13－4 西安杨森案例13－5 锦江集团宾馆文化的标志案例13－6 快乐的美国西南航空公司参考文献。
半导体激光器特点
半导体激光器特点半导体激光器是一种利用半导体材料产生和放大光的器件。
它具有以下几个主要特点。
第一，半导体激光器的体积小。
相比于其他类型的激光器，半导体激光器的结构简单，体积小巧。
这使得半导体激光器可以方便地集成在各种设备中，如激光打印机、光纤通信系统和光存储器等。
第二，半导体激光器的效率高。
半导体材料的能带结构决定了激光器的发光过程可以在能带间直接进行，使得能量转换效率较高。
此外，半导体激光器还可以通过外部注入电流的方式工作，电-光转换效率高达30%以上。
第三，半导体激光器的功耗低。
由于其高效的电-光转换特性，半导体激光器相比其他类型的激光器具有更低的功耗。
这使得半导体激光器在便携式电子设备、光纤通信和激光雷达等领域得到广泛应用。
第四，半导体激光器的工作温度范围宽。
半导体材料的导电性能随温度的变化非常敏感，但半导体激光器可以在较宽的温度范围内稳定工作。
这使得半导体激光器适用于各种环境条件下的应用。
第五，半导体激光器的调制速度快。
半导体材料中的载流子响应速度较快，使得半导体激光器能够实现高速调制。
这使得半导体激光器在光通信和激光雷达等领域中得到广泛应用，可以实现高速数据传输和高精度测距。
第六，半导体激光器的波长范围广。
通过选择不同的半导体材料和器件结构，可以实现不同波长的激光输出。
目前，半导体激光器的波长范围从红外到紫外都有覆盖，可以满足不同应用的需求。
半导体激光器具有体积小、效率高、功耗低、工作温度范围宽、调制速度快和波长范围广等特点。
这些特点使得半导体激光器在各种领域得到广泛应用，推动了光电子技术的发展。
随着技术的不断进步，半导体激光器将继续发挥重要作用，为人们的生活和工作带来更多便利和创新。
半导体激光器的原理
半导体激光器的原理
半导体激光器是一种基于半导体材料的激光发射器件，它利用半导体材料的特殊性质，通过有源区的电子与空穴复合放出能量，并通过反馈机制实现激光放大，最终产生高度定向、单色、高亮度的激光光束。
半导体激光器具有体积小、功耗低、效率高、寿命长等优点，广泛应用于通信、医疗、激光显示、光存储等领域。
1.载流子注入：半导体材料中，通过向有源区施加正向电流，将电子从N型区注入到P型区，同时也将空穴从P型区注入到N型区。
这样，在P-N结附近的区域形成了一个载流子密度梯度，使电子和空穴在这个区域中保持对流运动。
2.电流与光的转换：在载流子注入过程中，由于电子和空穴在有源区发生复合，使得已被注入的能量以光子的形式释放出来。
这个释放过程是一个自发辐射过程，即电子和空穴转变为更低能级的状态，并以光子的形式释放出能量。
3.光放大：通过在有源区搭建一个光学谐振腔，即在有源区两端分别加上高反射率和低反射率的镜片，可以实现光的反复放大。
光子在谐振腔内来回反射，与有源区的载流子发生相互作用，使得激光得以不断放大。
4.光反馈：为了增强激光放大效果，通常还需要在谐振腔之外加入一个光学元件，如光纤光栅或光栅耦合镜，用于反馈一部分放大的光。
这种反馈机制可以抑制非激光模式的增长，只放大所需的激光模式，从而增加光的一致性和亮度。
总结起来，半导体激光器的原理可以概括为：通过正向电流使电子和空穴注入有源区，在注入的过程中电子和空穴发生复合，释放能量以光子
的形式；通过谐振腔和光反馈机制，实现激光的放大和增强。
这样，半导体激光器就能产生高亮度、高单色性和高定向性的激光束，具有广泛的应用前景。
半导体激光器
固体的能带
在晶体中，由价电子能级分裂而成的能带叫做“价带”，如某一能带被 电子填满，则称之为“满带”，而在未激发情况下无电子填入的能带叫做 “空带’，若价带中的电子受激而进入空带，则此空带称为“导带”，同时， 价带上由于价电 子激发到导带后留下一些空着的能级称为“空穴”。 “价 带” 和“导带”之间是“禁带”。 在纯净的、不含杂质的半导体中，由于热运动而产生的自由电子和空穴数量 很少。这时，半导体是一个不导电的绝缘体。但如果半导体中掺入杂质，情况就 不同了。如四价半导体中掺入五价半导体，就会在导带下形成杂质能级。杂质能 级上电子很容易转移至导带上去，这种杂质称为施主。掺施主杂质的半导体称为 电子型半导体或N型半导体。而如果我们在四价半导体中掺入三价元素，则会在 价带上方形成受主杂质能级，价带上的电子可跑到受主能级上去，从而在价带上 产生许多空穴。这种半导体称为空穴型半导体或P型半导体。
2、阈值电流密度: 影响阈值的因 素很多
1 82v 2edv J阈 [a内 ln r1r2 ] 2L c2
显然，降低J阈的值是提高半导体水平的关键， GaAs激光器的伏安特性 经研究人们发现J阈与以下因素有关： ①与激光器的具体结构及制备工艺有密切关系，不同器件a总值差异很大； ②J阈∝1/L，即阈值电流密度与腔长L成反比； ③ J阈与工作温度的关系十分密切； ④ J阈与反射率r1r2有关，通常两个反射面都是天然解理面，故 r1 =r2 =0.32。 当腔长转短时，若1／2L比a总小或接近，一个端面镀金反膜会使J阈 明显降低， 但当腔长 L较长时， J阈的降低就不很明显了。
Hale Waihona Puke Common Diode Lasers
• CD Player = 632 nm • DVD Player = 658 nm • Blueray DVD = 405 nm
半导体激光器
半导体激光器(semiconductor laser)是利用半导体中的电子光跃迁引起光子受激发射而产生的光振荡器和光放大器的总称。
像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的p-n结特性为基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为二极管激光器。
除了具有激光器的共同特点外，还具有以下优点：1) 体积小，重量轻；2) 驱动功率和电流较低；3) 效率高、工作寿命长；4) 可直接电调制；5) 易于与各种光电子器件实现光电子集成；6) 与半导体制造技术兼容；可大批量生产。
由于这些特点，半导体激光器自问世以来得到了世界各国的广泛关注与研究。
成为世界上发展最快、应用最广泛、最早走出实验室实现商用化且产值最大的一类激光器。
半导体激光器的产生半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器。
早在1953年9月，美国的冯.纽曼(John Von Neumann)在他的一篇未发表的论文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结注入少数载流子来实现受激发。
巴丁(J.Bardeen)在总结冯.纽曼关于半导体激光器的基本理论后认为，通过各种方法(例如向PN结注入少数载流子)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。
1958年Schawlow-Townes建立了激光器的基本理论，1960年红宝石激光器和He-Ne激光器能产生激射得到了证实，不久就对半导体激光器进行了初期的研讨。
IBM 的内森(Nathan)和 MIT 林肯实验室的奎斯特(Quist)报道了GaAs 电致发光量子效率在 77K 时可达 100%，以及若干 GaAs 的 p-n 结发光的基础研究，促使了 1962 年第一个半导体激光器的降生，砷化嫁同质Pn结激光器在4K实现受激辐射开辟了半导体激光器(Lase Diode)的新时代。
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。
半导体激光器
这种激光器发光效率更高，电 流阈值更小，出射光单色性更好。
导带
E3C E2C E1C
ΔEC
垂直于有源层方向上运动的载
hv
流子动能可量子化成分立的能级， Eg(GaAlAs) 这类似于一维势阱的量子力学问题，
Eg(GaAs)
因而这类激光器叫做量子阱激光器。
E1V E2V
E3V 价带
E1V E2V
ΔEV
1964诺贝尔物理学奖
• N.G.巴索夫
• 用于产生激光 光束的振荡器 和放大器的研 究工作
半导体激光器研究前沿
夹于宽带隙半导体（如GaAlAs）中间的窄带隙半导体 （如GaAs）起着载流子（电子和空穴）陷阱的作用，一般的 半导体激光器其厚度约为100～200nm，但随着有源层厚度的 减小，如5～10nm，载流子在垂直于有源层方向上出现量子 效应，即出现量子化分立能级，称之为量子阱激光器。
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。其工作原理 是受激辐射，利用半导体物质在能带间跃迁发光，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稼（GaAs）、砷化铟（InAs）、氮 化镓（GaN）、锑化铟（InSb）、硫化镉（Cds）、蹄 化镉（CdTe）、硒化铅（PbSe）、啼化铅（PhTe）、 铝镓砷（A1xGaAs）、铟磷砷（In-PxAs）等。
增益区的导带有大量的电子，价带大量是空穴，在电子 和空穴扩散过程中，导带的电子可以跃迁到价带和空穴复合， 产生自发辐射光。这种光发射的范围宽、不集中、效率低。 要真正实现粒子数反转以发射激光，必须对载流子及发射光 施加附加的限制——异质结的引入。
半导体激光器的原理及其应用
半导体激光器的原理及其应用半导体激光器（Semiconductor Laser）是一种利用半导体材料产生激光的器件。
它与其他激光器相比具有体积小、功耗低、效率高、寿命长、可靠性好等优点，因此被广泛应用于通信、信息存储、医学、材料加工等领域。
半导体激光器的原理主要基于固体电子与固体电子、固体电子与固体空穴之间的复合辐射。
具体来说，半导体材料中由于电子处于价带，固体材料中充满着空穴。
当外部电压作用下，电子从价带跃迁到导带，形成“感受区”，空穴也从导带跃迁到价带，形成“底区”。
这样，电子和空穴在感受区和底区之间弛豫辐射产生光子，即激光。
具体而言，半导体激光器主要包括激活区、支撑区和掺杂层。
激活区是半导体材料与外界能量交互的主要区域，能量传输和辐射发生在这里。
支撑区主要负责提供电子与空穴之间的复合激发和维持激活区的稳定。
掺杂层通过在材料中引入掺杂剂，使半导体材料具有n型或p型导电性。
半导体激光器主要有两种类型：直接泵浦型和间接泵浦型。
直接泵浦型激光器通过直接通过电流注入来激励半导体材料，实现电子与空穴之间的复合辐射。
间接泵浦型激光器则是通过激光二极管或其他激光器来激发半导体材料。
半导体激光器具有广泛的应用。
其中最主要的应用是在光通信领域。
由于半导体激光器的小尺寸、低功耗和高效率，使其成为光纤通信中主要的发光源。
半导体激光器作为激光器二极管的核心元器件，可以发出具有高同步速率、高频带宽的调制光信号，用于光纤通信中的调制、放大和解调等。
此外，在激光打印机、激光显示器和激光扫描仪等光学设备中，半导体激光器也起到了至关重要的作用。
除了通信领域，半导体激光器还在其他领域得到了广泛应用。
在医学领域，半导体激光器用于激光手术、医学成像和激光诊断等。
在材料加工领域，半导体激光器用于激光切割、激光钻孔和激光焊接等。
在信息存储领域，半导体激光器用于光盘读取、光盘写入和数据存储等。
总之，半导体激光器凭借其小尺寸、低功耗、高效率等优点，在光通信、医学、材料加工和信息存储等领域得到了广泛应用。
半导体激光器
半导体激光器简介：半导体激光器又称为激光二极管（LD，Laser Diode），是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。
常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）。
激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。
半导体激光器件，一般可分为同质结、单异质结、双异质结。
同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体激光器的优点在于体积小、重量轻、运转可靠、能耗低、效率高、寿命长、高速调制，因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检测仪器等领域得到了广泛的应用。
工作原理：半导体激光器工作原理是：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：电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。
电注入式半导体激光器一般是由GaAS（砷化镓）、InAS（砷化铟）、Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。
电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶（PbS、CdS、ZhO等）作为工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。
光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（GaAS、InAs、InSb等）作为工作物质，以其它激光器发出的激光作光泵激励。
现状：目前在半导体激光器件中，性能较好、应用较广的是：具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管半导体激光器。
半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。
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。
半导体激光器介绍
半导体激光器介绍什么是半导体激光器？半导体激光器又称半导体激光二极管（LD），是指以半导体材料作为工作物质的一类激光器。
激光产生的过程比较特殊，常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
按激励方式分类则分为三种：电注入、电子束激励和光泵浦。
按照结构分类，半导体激光器件又可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。
半导体激光器工作的三大要素为：增益大于等于损耗、谐振腔和受激光辐射。
半导体激光器具有体积小、寿命长、便于集成、光电转换效率高等优点，在激光通信、激光显示、激光打孔、激光切割、激光焊接、激光指示、激光打印、激光打标、激光测距、激光医疗等方面具有非常广泛的应用。
半导体激光器的结构最简单的半导体激光器由薄的有源层、P型、N型限制层构成。
有源层处在P型和N型之间，产生的PN异质结通过欧姆接触正向偏置，电流在覆盖整个激光器芯片的较大面积注入。
以GaAs激光器为例，散热及点接触部分对材料的选择有一定的要求，陶瓷电路板陶瓷基金属化基板拥有良好的热学和电学性能，是功率型LED封装、激光、紫外的极佳材料，特别适用于多芯片封装(MCM)和基板直接键合芯片(COB)等的封装结构；同时也可以作为其他大功率电力半导体模块的散热电路基板，大电流开关、继电器、通信行业的天线、滤波器、太阳能逆变器等。
目前，GaAs激光器基本采用的是陶瓷电路板，而陶瓷电路板中又以氧化铝、氮化铝陶瓷电路板最为常用。
半导体激光器封装工艺流程半导体激光器封装工艺流程大致分为如下几个过程：清洗、蒸镀，共晶贴片，烧结，金丝，球焊，焊引线，目检，老化前测试，老化，老化后测试，封帽，包装入库。
1.清洗的作用主要包括对热沉、管座、陶瓷片及芯片盒的清洗，包括一些仪器的日常清洗，如：全玻璃钢通风柜、超纯水机、烘箱、超声波清洗机等。
2.蒸镀主要用于热沉蒸镀焊料，陶瓷片蒸镀金属电极。
软焊料要求焊接应力小，主要指热膨胀系数与芯片差别较大的热沉材料；硬焊料要求有较大的焊接应力，良好的抗疲劳性和导热性，主要指适用于热膨胀系数与芯片差别较小的热沉材料。
半导体激光器
半导体激光器半导体激光器：光电技术的重要突破引言随着科技的飞速发展，半导体激光器作为一项重要的光电技术正逐渐成为人们关注的焦点。
半导体激光器具有窄谱线宽、高光输出功率、高能量转换效率等优点，广泛应用于通讯、医学、照明等领域。
本文将为您详细介绍半导体激光器的原理、特点以及应用前景。
一、半导体激光器的原理半导体激光器是一种通过激发半导体材料产生激光的器件。
它由半导体材料构成，其中镜子是主要的光学部件。
通过在半导体材料中注入电流，将电能转化为光能，通过反射镜的反射和透过作用，使光在腔内来回反射，从而放大并产生激光。
这一过程主要依赖于激子的生成、传输和激发。
二、半导体激光器的特点1. 窄谱线宽：半导体激光器的谱线宽度通常较窄，能够在光的频域内集中较大的功率。
这一特点使得半导体激光器在光通信领域具有重要的应用前景。
2. 高光输出功率：半导体激光器的光输出功率较高，在一定应用范围内能够满足大功率光源的需求。
这也使得半导体激光器在照明和激光加工等领域得到广泛应用。
3. 高能量转换效率：相对于其他类型的激光器，半导体激光器的能量转换效率较高。
这一特点使得半导体激光器在能源利用效率方面具有优势。
4. 尺寸小、重量轻：由于半导体激光器的结构简单，尺寸小、重量轻，因此便于集成和便携。
这也为其在手持设备和便携式仪器等领域的应用提供了更多可能性。
三、半导体激光器的应用1. 光通信：半导体激光器具有较高的调制速度和窄的发射谱线宽度，使其在光通信系统中得到广泛应用。
目前，大部分的光通信系统都采用半导体激光器作为光源。
2. 医学：半导体激光器在医学领域有着广泛的应用，如激光治疗、激光手术和皮肤美容等。
半导体激光器的小尺寸和高功率输出使其成为医学器械领域的理想选择。
3. 照明：半导体激光器在照明领域的应用越来越受到关注。
相较于传统照明设备，半导体激光器具有较高的能量转换效率和较长的寿命，能够提供更加稳定和均匀的照明效果。
4. 激光显示：半导体激光器也被应用于激光显示技术中。
半导体激光器资料
半导体激光器资料
可以参考下面的内容
一、半导体激光器的定义
半导体激光器（semiconductor laser）是一种激光器，它的腔面由
金属外壳封装的半导体材料制成，具有可靠性、体积小、成本低等特点，
是目前微纳尺度激光技术中最重要的、应用最广泛的激光尺度。
半导体激
光器基本工作原理是电子以固定的速度在内部半导体中运动，在它的路径上，它会发射有定向性的射线，从而可以产生出一束激光光束。
半导体激
光器可以分为极化激光器，平面波导激光器和相位整形激光器等。
其中极
化激光器是最常用的半导体激光器，其结构类似于管状对称腔，其正反折
射率之比等于晶体的折射率之比，因此它能够实现高发射能量，且在有限
的腔体尺寸内，其发射光谱线宽度非常小（可以达到百纳米级），它的频
率可以多比较准确的控制。
二、半导体激光器的特点
1、结构小巧：半导体激光器发射的光束广泛应用，其体积可以极小，甚至可以把一个激光器安装在一个硬币大小的硬件上，具有安装方便灵活、可移动通道的特点，是汽车辅助安全检测、激光打印机等设备的最佳光源。
2、发射能量强：半导体激光器发射的能量强度非常大，可以节省电流，减少发射时间，从而消除材料表面上的气泡，减少材料的热量影响。
- 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)。
E
导电为主。
附：几个3、4、5价的元素
In3 Al 3 B 3 Ga 3 Si 4 Ge 4 P 5 As5 Sb5
非本征半导体材料：p型
B 受主杂质
掺入第III族元素(如铟In,镓Ga,铝Al)，晶体只需要很少的能量 EA < Eg 就可以产生自由空穴
P-N结：
（1）形成：P与N密切接触
P型材料中的空穴将向N型材料扩散；N型材料 中的电子将向P型材料扩散。
硅的晶格结构 (平面图)
硅的晶格结构
E 电子和空穴是成对出现的
Si电子受到激励跃迁到导带，导致电子和空穴成对出现 此时外加电场，发生电子/空穴移动导电
（2）杂质半导体
* n 型半导体
当四价的元素中 掺入少量五价元 素时形成n 型半导体。如：硅中掺入 杂质磷后，磷原子在硅中形成局部能 级位于导带底附近（称为施主能级）。
* P 型半导体
外场
导带
四价的元素中掺入
少量三价元素时形成 P 型半导体，如： 受主能级
在硅中掺入三价的杂质硼，杂质原子
的局部能级位于价带顶附近（称为受
主能级）。
满带
一般温度下，满带中的电子很容
易被激发跃迁至杂质能级上，满带中 留下的空穴也将因此而大大增加，而 成为多数载流子。P 型半导体以空穴
P 型半导体
• 半导体激光器的模式特性
LD的模式特性首先取决于光腔的三个线度（横向、侧向、纵向的尺寸） 及介质特性。通常腔内能存在许多模式，但只有获得净增益（满足阈 值条件）的那些模式才能被激励，它的频率才会出现在输出光中。在 实际应用中，模式的稳定性和线宽是对系统性能影响较大的两个参量。
LD工作在基横模时，相干性最好，因此要求LD在设计和结构上保证基横 模工作。根据基横模的条件通过对光载流子的横向以及垂直向限制、 减小有源区宽度和厚度等措施可以实现LD的基横模工作。
1. 粒子数反转 产生大量的受激辐射 2. 光反馈 光放大 (增益 > 损耗) 3. 相位条件 波长选择
粒子的正常玻尔兹曼分布：
E
N Ae KT (E , N )
要得到激光，必须实现粒子数反转，使受激辐射占优势，为保证实 现粒子数反转必须有:
（1）激励能源（泵浦）—电、光、气体放电、化学、核能等。
• 半导体激光器的性质
• 1、伏安特性
•
伏安特性描述的是半导体激光器的纯电学性质，通常用V-I曲线表
示。V-I曲线的变化反映了激光器结特性的优劣。与伏安特性相关联的
一个参数是LD的串联电阻。对V-I曲线进行一次微商即可确定工作电
流（I）处的串联电阻（dV/dI）。对LD而言总是希望存在较小的串联
电阻。
一般温度下，杂质的价电子很容 易 被激发跃迁至导带，成为导电电子， 使导带中的电子浓度大大增加。 n 型 半导体以电子导电为主。
E
导带 施主能级
满带
n 型半导体
外场
非本征半导体材料：n型
施主杂质
AAss+54
掺入第V族元素(如磷P, 砷As, 锑Sb)后，某些电子受到很弱的束 缚，只要很少的能量ED (0.04~0.05eV)就能让它成为自由电子。 这个电离过程称为杂质电离。
半导体异质结的发光与吸收
自发辐射与受激辐射：
导带的电子不稳定，向价带 跃 迁 与 空 穴 复 合 而 放 出 光 子 —— 光辐射。如果跃迁是自发的，则 光子具有随机的方向、相位及偏 振态，称为自发辐射；
如果受到入射光子的激励， 辐射的光子与入射光子有相同的 方向、相位及偏振态，称为受激 辐射。
光作用下的跃迁和辐射 hv
• (3)为了形成稳定振荡，激光媒质必须能提供足够大的增益，以弥补谐 振腔引起的光损耗及激光从腔面输出等引起的损耗，不断增加腔内的 光场。这就必须要有足够强的电流注入，即有足够的粒子数反转，粒 子数反转程度越高，得到的增益就越大，即要求必须满足一定的电流 阈值条件。当激光器达到阈值，具有特定波长的光就能在腔内谐振并 被放大，最后形成激光而连续地输出。可见在半导体激光器中，电子 和空穴的偶极子跃迁是基本的光发射和光放大过程。
结果：交界处出现正、负电偶层，阻挡继续扩散达到
平衡，形成P-N结。
（2）作用：
PN
PN 结 具 有 单 向 导
电作用,是制造整流器和集
正向连接
成电路的基本结构。
P N
P N
反向连接
正向连接时，P中的空穴和N中的电子都易于通过P-N 结， 形成P N的 正向宏观电流。
反向连接时，P中的空穴和N中的电子都难以通过P-N 结。故 P-N结具有单 向导电的性能。
（2）绝缘体的禁带很宽，满带中的电子很难进入导带，导电性很差。 （3）金属导体没有禁带，可显示很强的导电性。
半导体的分类
（1）本征半导体 纯净的半导体，如硅、锗等。
半导体禁带宽度窄、在外场的作用下, 导带中的电子、满 带中的空穴都可参与导电。（本征导电性。见下图）
外
导带
场
满带
E
本征半导体材料 Si
• 下图简略表示出半导体、绝缘体、及金属的能带，这里仅画出了导带 和满带。从能带角度看，半导体和绝缘体的差别仅在于两者的禁带不同， 前者较窄，后者很宽，而金属的 g =0 。
外
外
E
场E
导带
场
E
Eg 10eV
导带
Eg 1eV
禁带
满带 （1）半导体
禁带
满带 （2） 绝缘体
导带 满带 （3）金属
（1）半导体的禁带很窄，满带中的电子较易进入导带。导带中的电子在外场 作用下运动而参与导电。
半导体激光器不同种类示意图
一、半导体异质结发光机理
物质原子结构的图象：
半导体固体能带结构
(由多个原子的能级组成)：
固体的能带理论
固体由原子组成，原子具有量子化的能级。由于化学环境及物理的 原因，原子的能级要发生变化——
• 每个原子核外电子的能级叠合成彼此相差很小的一组能带：原子内层 能级被电子填满，由它们形成的能带也被电子占满，称为满带(价带)； 外层能级未被电子填满，它们形成的能带亦未被填满，称为导带。两者 间的能量距离g，称为禁带。
E2 - E1 = hv E2
E1 (a) 受激跃迁
E2 hv
E1 (b) 自发辐射：非相干光
E2 hv
hv
hv
E1
(c) 受激辐射：相干光
LD的原理和结构
激光，英文LASER是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (受激辐射的光放大)的缩写。激光器产生激光的条 件是：
• (2)要实际获得相干受激辐射，必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多 次反馈而形成激光振荡，激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理 面作为反射镜形成的，通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜， 而出光面镀上减反膜。对F-P腔(法布里一玻罗腔)半导体激光器可以很 方便地利用晶体的与P一n结平面相垂直的自然解理面构成F一P腔.
（2）工作物质（激活物质），实现粒子数反Байду номын сангаас。
谐振腔
• 腔内受激发射的光子，沿轴来回反射、强度增大，凡传播方向偏离轴方 向的逸出而淘汰。
• 反射镜镀有多层膜，适当选择其厚度，使所需波长得到“相长干涉” 后， 反射加强，光强度得到放大。
• 精心设计腔长，使所需频率的波形成驻波(两端为波)， 形成稳定的振荡 得到加强。
半导体激光器的工作原理
简单的半导体激光器由带隙能量较高的P型和N型半导体材料和 一层很薄的有源层构成。在PN结加上正向偏置电压后，电子从N区向 P区流动，空穴从P区向N区流动，在作用区内，电子和空穴复合产生 光子。当注入电流较小时，注入结区的电子和空穴数目较少，此时只 能自发辐射（荧光），光向四面八方传播；当注入电流大到一定程度 时，便向外输出激光。
半导体激光器简介
目录
• 半导体激光器分类 • 半导体发光机理 • 半导体的分类 • 半导体激光器的原理和结构 • 半导体激光器性质 • 几种典型半导体激光器 • 半导体激光器应用及举例
• 半导体激光器分类
半导体激光器的种类很多，下图进行了简单示意。半导体激光器可 以根据有源层材料、发射波长、器件结构、输出功率和应用领域等不 同方式进行划分，分类方式灵活，相互交错。
典型的V-I曲线和相应的dV/dI曲线
• 2、P-I特性
•
P-I 特性揭示了激光器输出光功率与注入电流之间的变化规律，
因此是激光器最重要的特性之一。
典型的激光器P-I曲线
• 由P-I曲线可知，半导体激光器是阈值型器件，随注入电流的不同而 经历了几个典型阶段。
• 当注入电流较小时，有源区里不能实现粒子数反转，自发辐射占主导 地位，半导体激光器发射普通的荧光，光谱很宽，其工作状态类似于 一般的发光二极管。
• 随着注入电流的加大，有源区里实现了粒子数反转，受激辐射开始占 主导地位，但当注入电流仍小于阈值电流时，谐振腔里的增益还不足 以克服损耗，不能在腔内建立起一定模式的振荡，半导体激光器发射 的仅仅是较强的荧光，称为“超辐射”状态。
• 只有当注入电流达到阈值以后，才能发射谱线尖锐、模式明确的激光， 光谱突然变窄并出现单峰（或多峰）。
• 两端装有布儒斯特窗，得到所需的偏振态。 谐振腔的作用：产生与维持光的振荡加强；使激光有极好的方向性、
单色性。即对光放大实行 选择、控制、增强 的作用。
光学谐振腔：法布里－珀罗 (F-P) 谐振腔
1. 将工作物质置于光学谐振腔 (F-P腔) 2. 光的产生及方向选择
1) 少数载流子的自发辐射产生光子 2) 偏离轴向的光子产生后穿出有源区，得不到放大 3) 轴向传播的光子引发受激辐射，产生大量相干光子 3. 通过来回反射，特定波长的光最终得到放大，并被输出