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200833

2018-06-04 11:47

半導(dǎo)體激光器及其應(yīng)用

摘要：

近十幾年來半導(dǎo)體激光器發(fā)展迅速,已成為世界上發(fā)展最快的一門激光技術(shù)。由于半導(dǎo)體激光器的一些特點，使得它目前在各個領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，受到世界各國的高度重視。本文簡述了半導(dǎo)體激光器的概念及其工作原理和發(fā)展歷史,介紹了半導(dǎo)體激光器的重要特征,列出了半導(dǎo)體激光器當(dāng)前的各種應(yīng)用,對半導(dǎo)體激光器的發(fā)展趨勢進行了預(yù)測。
關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體激光器、激光媒質(zhì)、載流子、單異質(zhì)結(jié)、pn結(jié)。

自1962年世界上第一臺半導(dǎo)體激光器發(fā)明問世以來,半導(dǎo)體激光器發(fā)生了巨大的變化,極大地推動了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,被認為是二十世紀人類最偉大的發(fā)明之一。近十幾年來,半導(dǎo)體激光器的發(fā)展更為迅速,已成為世界上發(fā)展最快的一門激光技術(shù)。半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個光電子學(xué)領(lǐng)域,已成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù)。由于半導(dǎo)體激光器的體積小、結(jié)構(gòu)簡單、輸入能量低、壽命較長、易于調(diào)制以及價格較低廉等優(yōu)點,使得它目前在光電子領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛,已受到世界各國的高度重視。

一、半導(dǎo)體激光器

半導(dǎo)體激光器是以直接帶隙半導(dǎo)體材料構(gòu)成的 Pn 結(jié)或 Pin 結(jié)為工作物質(zhì)的一種小型化激光器。半導(dǎo)體激光工作物質(zhì)有幾十種,目前已制成激光器的半導(dǎo)體材料有砷化鎵、砷化銦、銻化銦、硫化鎘、碲化鎘、硒化鉛、碲化鉛、鋁鎵砷、銦磷砷等。半導(dǎo)體激光器的激勵方式主要有三種,即電注入式、光泵式和高能電子束激勵式。絕大多數(shù)半導(dǎo)體激光器的激勵方式是電注入,即給 Pn 結(jié)加正向電壓,以使在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射 ,也就是說是個正向偏置的二極管。因此半導(dǎo)體激光器又稱為半導(dǎo)體激光二極管。對半導(dǎo)體來說,由于電子是在各能帶之間進行躍遷 ,而不是在分立的能級之間躍遷,所以躍遷能量不是個確定值, 這使得半導(dǎo)體激光器的輸出波長展布在一個很寬的范圍上。它們所發(fā)出的波長在0.3～34μm之間。其波長范圍決定于所用材料的能帶間隙 ,最常見的是AlGaAs雙異質(zhì)結(jié)激光器,其輸出波長為750～890nm。
半導(dǎo)體激光器制作技術(shù)經(jīng)歷了由擴散法到液相外延法(LPE), 氣相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金屬有機化合物汽相淀積),化學(xué)束外延(CBE)以及它們的各種結(jié)合型等多種工藝。半導(dǎo)體激光器最大的缺點是:激光性能受溫度影響大,光束的發(fā)散角較大(一般在幾度到20度之間),所以在方向性、單色性和相干性等方面較差。但隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展, 半導(dǎo)體激光器的研究正向縱深方向推進 ,半導(dǎo)體激光器的性能在不斷地提高。以半導(dǎo)體激光器為核心的半導(dǎo)體光電子技術(shù)在 21 世紀的信息社會中將取得更大的進展, 發(fā)揮更大的作用。