半導體激光

半導體激光

物理領域術語
半導體激光(Semiconductor laser)在1962年被成功激發,在1970年實現室溫下連續輸出。後來經過改良,開發出雙異質接合型激光及條紋型構造的激光二極管(Laser diode)等,廣泛使用于光纖通信、光盤、激光打印機、激光掃描器、激光指示器(激光筆),是目前生産量最大的激光器。[1]
  • 中文名:半導體激光
  • 外文名:Semiconductor laser
  • 适用領域:
  • 所屬學科:
  • 類别:相幹輻射光源
  • 發射源:激光二極管

半導體激光

構造及材料

半導體激光在基本構造上,它屬于半導體的P-N接面,但激光二極管是以金屬包層從兩邊夾住發光層(活性層),是“雙異質接合構造”。而且在激光二極管中,将界面作為發射鏡(共振腔)使用。在使用材料方面,有镓(Ga)、砷(As)、铟(In)、磷(P)等。此外在多重量子井型中,也使用Ga·Al·As等。

由于具有條狀結構,即使是微小電流也會增加活性區域的居量反轉密度,優點是激發容易呈現單一形式,而且,其壽命可達10~100萬小時。

工作原理

半導體激光器是一種相幹輻射光源,要使它能産生激光,必須具備三個基本條件:n

增益條件:建立起激射媒質(有源區)内載流子的反轉分布。在半導體中代表電子能量的是由一系列接近于連續的能級所組成的能帶,因此在半導體中要實現粒子數反轉,必須在兩個能帶區域之間,處在高能态導帶底的電子數比處在低能态價帶頂的空穴數大很多,這靠給同質結或異質結加正向偏壓,向有源層内注人必要的載流子來實現,将電子從能量較低的價帶激發到能量較高的導帶中去.當處于粒子數反轉狀态的大量電子與空穴複合時,便産生受激發射作用。n

特點

激光二極管的優點是效率高、體積小、重量輕且價格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%,P-N型也達到數%~25%,總而言之能量效率高是其最大特色。另外,它的連續輸出波長涵蓋了紅外線到可見光範圍,而光脈沖輸出達50W(帶寬100ns)等級的産品也已商業化,作為激光雷達或激發光源可說是非常容易使用的激光的例子。n

通常激光器封裝形式主要包括單管、Bar條、陣列(Stack)、光纖耦合模塊四種形式,其中光纖耦合模塊主要用作光纖激光器的泵浦光源。

應用

半導體激光器是成熟較早、進展較快的一類激光器,由于它的波長範圍寬,制作簡單、成本低、易于大量生産,并且由于體積小、重量輕、壽命長,因此,品種發展快,應用範圍廣,目前已超過300種,半導體激光器的最主要應用領域是Gb局域網,850nm波長的半導體激光器适用于)1Gh/。局域網,1300nm-1550nm波長的半導體激光器适用于1OGb局域網系統.半導體激光器的應用範圍覆蓋了整個光電子學領域,已成為當今光電子科學的核心技術.半導體激光器在激光測距、激光雷達、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制導跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等方面獲得了廣泛的應用,形成了廣闊的市場。n

1978年,半導體激光器開始應用于光纖通信系統,半導體激光器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過大規模集成電路平面工藝組成光電子系統.由于半導體激光器有着超小型、高效率和高速工作的優異特點,所以這類器件的發展,一開始就和光通信技術緊密結合在一起,它在光通信、光變換、光互連、并行光波系統、光信息處理和光存貯、光計算機外部設備的光禍合等方面有重要用途.半導體激光器的問世極大地推動了信息光電子技術的發展。

到如今,它是當前光通信領域中發展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源.半導體激光器再加上低損耗光纖,對光纖通信産生了重大影響,并加速了它的發展.因此可以說,沒有半導體激光器的出現,就沒有當今的光通信.GaAs/GaAlA。雙異質結激光器是光纖通信和大氣通信的重要光源,如今,凡是長距離、大容量的光信息傳輸系統無不都采用分布反饋式半導體激光器(DFB一LD).半導體激光器也廣泛地應用于光盤技術中,光盤技術是集計算技術、激光技術和數字通信技術于一體的綜合性技術.是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存儲手段,它需要半導體激光器産生的光束将信息寫人和讀出。

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