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半導(dǎo)體激光器的發(fā)展與運(yùn)用
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【摘要】半導(dǎo)體激光器是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器，由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，不同種類(lèi)產(chǎn)生激光的具體過(guò)程比較特殊，以下是由小編為您搜集整理的一篇探究半導(dǎo)體激光器發(fā)展的論文范文，歡迎閱讀查看。
引言
激光器的結(jié)構(gòu)從同質(zhì)結(jié)發(fā)展成單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)、量子阱( 單、多量子阱 ) 等多種形式 ,制作方法從擴(kuò)散法發(fā)展到液相外延(LPE)、氣相外延 (VPE)、分子束外延 (MBE)、金屬有機(jī)化合物氣相淀積 (MOCVD)、化學(xué)束外延 (CBE) 以及它們的各種結(jié)合型等多種工藝[5].半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍十分廣泛，而且由于它的體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,輸入能量低 ,壽命長(zhǎng) ,易于調(diào)制和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn) ,使它已經(jīng)成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù) ,受到了世界各國(guó)的高度重視。
1 半導(dǎo)體激光器的歷史
半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管 (LD)。隨著半導(dǎo)體物理的發(fā)展 ,人們?cè)缭?20 世紀(jì) 50 年代就設(shè)想發(fā)明半導(dǎo)體激光器。
20 世紀(jì) 60 年代初期的半導(dǎo)體激光器是同質(zhì)結(jié)型激光器 ,是一種只能以脈沖形式工作的半導(dǎo)體激光器。在 1962 年 7 月召開(kāi)的固體器件研究國(guó)際會(huì)議上 ,美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的兩名學(xué)者克耶斯(Keyes)和奎斯特(Quist)報(bào)告了砷化鎵材料的光發(fā)射現(xiàn)象。
半導(dǎo)體激光器發(fā)展的第二階段是異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器 ,它是由兩種不同帶隙的半導(dǎo)體材料薄層 ,如 GaAs,GaAlAs 所組成的激光器。單異質(zhì)結(jié)注人型激光器 (SHLD)，它是利用異質(zhì)結(jié)提供的勢(shì)壘把注入電子限制在 GaAsP 一 N 結(jié)的 P 區(qū)之內(nèi) ,以此來(lái)降低閥值電流密度的激光器。
1970 年 ,人們又發(fā)明了激光波長(zhǎng)為 9 000? 在室溫下連續(xù)工作的雙異質(zhì)結(jié) GaAs-GaAlAs( 砷化稼一稼鋁砷 ) 激光器 . 在半導(dǎo)體激光器件中 ,目前比較成熟、性能較好、應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注人式 GaAs 二極管激光器 .
從 20 世紀(jì) 70 年代末開(kāi)始 ,半導(dǎo)體激光器明顯向著兩個(gè)方向發(fā)展 ,一類(lèi)是以傳遞信息為目的的信息型激光器 ;另一類(lèi)是以提高光功率為目的的功率型激光器。在泵浦固體激光器等應(yīng)用的推動(dòng)下 ,高功率半導(dǎo)體激光器 ( 連續(xù)輸出功率在 100W 以上 ,脈沖輸出功率在 5W 以上 ,均可稱之謂高功率半導(dǎo)體激光器 ) 在 20 世紀(jì)90 年代取得了突破性進(jìn)展 ,其標(biāo)志是半導(dǎo)體激光器的輸出功率顯著增加 ,國(guó)外千瓦級(jí)的高功率半導(dǎo)體激光器已經(jīng)商品化 ,國(guó)內(nèi)樣品器件輸出已達(dá)到 600W.另外 ,還有高功率無(wú)鋁激光器、紅外半導(dǎo)體激光器和量子級(jí)聯(lián)激光器等等。其中 ,可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器是通過(guò)外加的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、壓力、摻雜盆等改變激光的波長(zhǎng) ,可以很方便地對(duì)輸出光束進(jìn)行調(diào)制。
20 世紀(jì) 90 年代末 ,面發(fā)射激光器和垂直腔面發(fā)射激光器得到了迅速的發(fā)展。
目前 ,垂直腔面發(fā)射激光器已用于千兆位以太網(wǎng)的高速網(wǎng)絡(luò) ,為了滿足 21 世紀(jì)信息傳輸寬帶化、信息處理高速化、信息存儲(chǔ)大容量以及軍用裝備小型、高精度化等需要 ,半導(dǎo)體激光器的發(fā)展趨勢(shì)主要是向高速寬帶 LD、大功率 LD,短波長(zhǎng) LD,盆子線和量子點(diǎn)激光器、中紅外 LD 等方面發(fā)展。
2 半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用
半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類(lèi)激光器。目前 ,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通訊、測(cè)距、精密儀器加工 ,光集成的信息存儲(chǔ)和信息處理等。在光纖通訊中 ,半導(dǎo)體激光器是光纖通訊系統(tǒng)的唯一實(shí)用化的光源 ,而且光纖通訊已經(jīng)成為當(dāng)代通訊的主流。到如今 ,它是當(dāng)前光通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源。
在激光測(cè)距中 ,激光測(cè)距儀重量輕、體積小、操作簡(jiǎn)單速度快而準(zhǔn)確 ,其誤差僅為其它光學(xué)測(cè)距儀的 1/5 到數(shù)百分之一 ,因而被廣泛用于地形測(cè)量 ,戰(zhàn)場(chǎng)測(cè)量 ,坦克 ,飛機(jī) ,艦艇和火炮對(duì)目標(biāo)的測(cè)距 ,測(cè)量云層、飛機(jī)、導(dǎo)彈以及人造衛(wèi)星的高度等。在精密儀器加工中 ,借助 Q 開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的高能量超短光脈沖 ,可以對(duì)集成電路進(jìn)行切割、打孔等。
在光集成的信息存儲(chǔ)應(yīng)用中 ,人們采用短激光波長(zhǎng)讀出光盤(pán)的內(nèi)容 ,采用藍(lán)、綠激光來(lái)提高光盤(pán)的存儲(chǔ)密度。在信息處理應(yīng)用中 ,表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器二維陣列是光并行處理系統(tǒng)的理想光源 ,且用于光計(jì)算機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中。此外 ,半導(dǎo)體激光器還運(yùn)用在環(huán)境檢測(cè)和醫(yī)療中。在環(huán)境檢測(cè)中 ,通過(guò)分析光譜來(lái)分析環(huán)境氣體 ,從而監(jiān)測(cè)大氣污染、汽車(chē)尾氣等。在醫(yī)療方面 ,半導(dǎo)體激光除了用于軟組織切除 ,組織接合 ,凝固和汽化等外 ,還用于激光動(dòng)力學(xué)治療 ,將與腫瘤有親和性的光敏物質(zhì)有選擇地聚集在癌組織內(nèi) ,通過(guò)半導(dǎo)體激光的照射 ,使癌組織壞死 ,而對(duì)健康組織毫無(wú)損害。
3 結(jié)論
半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)范圍寬 ,制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn) ,并且體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)。因此 ,品種發(fā)展快 ,運(yùn)用十分廣泛。雖然我國(guó)半導(dǎo)體激光器的研制和生產(chǎn)技術(shù)有了一定的基礎(chǔ) ,但要與國(guó)際上迅速發(fā)展的趨勢(shì)相比 ,我國(guó)還有一些差距 ,這需要我們刻苦專研 ,努力創(chuàng)新。
參考文獻(xiàn)：
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