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半导体激光器的原理及应用论文

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本科毕业论文

题 目：半导体激光器的原理及应用

院 （部）： 理学院

专 业： 光信息科学与技术

班 级： 光信071

姓 名： 张士奎

学 号： 2007121115

指导教师： 张宁玉

完成日期： 2010年10月21日 山东建筑大学毕业论文

I 目录

摘要·II

ABSTRACT··IV

1前言·1

1.1光纤传感器技术及发展·1

2光纤传感器的发展历程·3

2.1光纤传感器的发展简史·3

2.2光纤传感器的原理及组成·4

2.2.1基本原理·4

2.2.2光纤传感器的基本组成·5

2.2.3光纤传感器的特点··6

2.3光纤传感器的研究领域·7

3光纤传感器的分类及研究方向·14

3.1荧光光纤传感器·14

3.2分布式光纤监测技术·15

3.3光纤传感器在未来的新趋势·15

4光纤传感器的应用··8

4.1半导体激光器在激光光谱学中的应用·8

4.2半导体激光器在光固化快速成型中的应用·8

4.3大功率半导体激光器的军事应用·9 山东建筑大学毕业论文

II 4.4半导体激光器在医疗上的应用·10

4.5半导体激光器在数字通信中的应用··12

4.6半导体激光器在激光打印及印刷市场中的应用··13

结 论·17

致 谢·18

参考文献·19

山东建筑大学毕业论文

III

摘 要

激光技术自1960年面世以来得到了飞速发展，作为激光技术中最关键的器件激光器的种类层出不穷，这其中发展最为迅速，应用作为广泛的便是半导体激光器。

半导体激光器的发展迅速,以其独特的性能及优点获得了广泛的应用. 本文介绍了半导体激光器的原理、结构、进展。还介绍了半导体激光器在激光测距、激光引信、激光制导跟踪、激光瞄准和告警、激光通信、光纤陀螺以及国民经济等各个领域中的应用。大功率半导体激光器在军事领域和工业领域有着广泛的应用。本文还介绍了大功率半导体激光器最新研究进展,着重于在提高可靠性、提高功率转换效率、波长稳定、拓展波长范围等方面所取得的进步,目前,高功率半导体激光器的主要市场是泵浦固体激光器、材料加工、印刷业和医学应用等领域。在需求牵引下,高功率半导体激光正在向高平均功率、高功率密度、高光束质量、高效率、低成本和长寿命方向发展。半导体激光器的研究和开发始终与军用和民用市场紧密相联,本文对目前大功率半导体激光器在材料加工领域中的直接应用进行了介绍,并展望了其发展趋势。

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.基于半导体激光器体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容。通过采用先进的工艺和技术,新型高功率半导体激光器将层出不穷。

关键词：激光技术；半导体激光器；军事应用；医学应用；半导体激光器特点；发展新趋势

山东建筑大学毕业论文

IV

Principle and Application of Semiconductor Laser

ABSTRACT

Laser technology has been the rapid development of available since 1960，Laser

technology as the most critical types of laser devices emerging 。as one of the

fastest growing, Applications widely is Semiconductor lasers.

The development of semiconductor lasers is rapidly. Its unique properties and

advantages of access to a wide range of applications. This article describes the

principles of semiconductor lasers, structure, progress. Also introduced the

semiconductor laser in the laser ranging, laser fuses, laser-guided tracking, targeting

and laser warning, laser communications, fiber optic gyroscope and the national

economy and other fields of application. High-power semiconductor lasers in the

military field and industrial field has a wide range of applications .It also introduces

the latest progress of high power semiconductor lasers, focused on improving the

reliability, improve power conversion efficiency, wavelength stability, wavelength

range and so expand the progress made. Currently, the main high power

semiconductor laser pumped solid-state laser market, materials processing, printing

and medical applications in the field.. Traction in demand, the high-power

semiconductor laser is the high average power, high power density, high beam quality,

high efficiency, low cost and long life direction. Semiconductor laser research and

development has always been closely linked with military and civilian markets, this

article on the current high-power semiconductor lasers in materials processing in the

field of direct application are introduced, and forecasts the development trend. 山东建筑大学毕业论文

V Semiconductor lasers based on semiconductor materials to do the work of certain

substances that produce effects of stimulated emission devices. Semiconductor lasers

based on size, long life, and can use a simple way to pump into the current operating

voltage and current is compatible with the integrated circuit,. By using advanced

techniques and technologies, new high-power semiconductor laser will be endless

Key words: Laser Technology；Semiconductor lasers；Military applications；Medical Applications；Characteristics of semiconductor lasers；The development of

new trends

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VI

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1 1前言

1.1激光技术及发展

激光技术最早于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光被广泛应用是因为它具有单色性好、方向性强、亮度高等特性。激光技术的原理是：当光或电流的能量撞击某些晶体或原子等易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接著，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的“连锁反应”，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光。这种光就叫做激光。激光几乎是一种单色光波，频率范围极窄，又可在一个狭小的方向内集中高能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。激光因为拥有这种特性，所以拥有广泛的应用。

我国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术与应用开展迅猛，已与多个学科相分离构成多个应用技术范畴。在日常生活中我们就可以接触很多激光技术的现实应用：例如激光在加工技术中应用在金属和非金属材料的切割，打孔，刻槽，标记、焊接，表面处理，生产合金，切割等。在医学上科利用激光能产生高能量、聚焦精确，具有一定的穿透力，作用于人体组织时能在局部产生高热量等特点可以达到去除或破坏目标组织达到治疗的目的。主要应用有激光切割和激光换肤。另外走在时尚生活前沿的美容业业越来越多的应用到激光技术。激光在军事范畴也得到最充沛应用：例如，激光致盲武器、激光防空武器、激光反卫星武器、激光等离子武器、激光制导子弹、激光窃听器、激光沙盘等现代高技术武器都展示了激光的效能。

激光技术的核心是激光器，世界上第一台激光器是1960年由T.H.梅曼等人制成的第红宝石激光器，激光器的种类很多，可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。但各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。

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。在1962年7月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，

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科技成果——大功率半导体激光器外延与芯片制备

科技成果——大功率半导体激光器外延与芯片制备

科技成果——大功率半导体激光器外延与芯片制备

技术开发单位 北京工业大学

成果简介

本项目在国家973计划、863计划等研究成果基础上，跟踪国际趋势，形成900nm大功率单发光条半导体激光器，输出功率大于12W，寿命1万小时。

大功率半导体激光器芯片

CS封装

主要优势

（1）填补国内空白；

（2）易于光纤耦合；

（3）多种波长可选。 所处阶段 中试阶段

适用领域 直接光加工、固体激光器泵浦源、光纤激光器泵浦

应用情况 北京大族天成半导体技术有限公司/重庆航伟光电科技有限公司等。

投资规模

资金规模5000万元，用于购买一套完备的生产设备，600平方米超净间建设，部分用于流动资金。

财务分析

设计年产能26万只，价格（含税）150元，年销售收入3900万元，毛利率55%，年净利润率33%，按价格年递减5%、工资成本年递增5%、材料价格不变的假设测算，静态投资回收期为4.7年。

半导体激光器的原理及应用

半导体激光器的原理及应用

半导体激光器的原理及应用

半导体激光器是一种能够将电能转化为光能的半导体器件，是现代通信、医疗、工业等领域不可或缺的重要技术之一。本文将从基础的物理原理出发，介绍半导体激光器的工作原理和应用。

一、半导体材料简介

半导体材料是介于导体和绝缘体之间的材料，其原子构型中有少量杂质原子。半导体材料的特殊之处在于，其导电性质可以通过外加电场、光照等方式来调制。常见的半导体材料有硅、锗、镓砷化物等。

二、激光原理

激光的产生是基于受激辐射现象。当光子与原子碰撞时，如果能量正好等于原子内部的能级差，那么这个光子就可被原子吸收，能量转移给原子，使原子的电子从低能级跃迁到高能级。当这个原子内部的电子因外界干扰或碰撞等因素又回到低能级时，它所携带的能量就会被释放出来，以光子的形式向外辐射。这种辐射同样有可能再次被某个具有相同能级差的原子吸收，并且继续沿着同一方向辐射，这个过程就是受激辐射。

由于这种激光产生的相干性好，可得到非常细致、强度均一的光束，应用十分广泛。半导体激光器就利用了这一受激辐射的原理。

三、半导体激光器原理

半导体激光器的基本结构是一个具有能带gap的半导体PN结，同时植入其内部的杂质原子能够形成PN结中的空穴和电子。当在PN结中加加适当的电子能使电子从N区向P区运动，空穴则相反，从P区向N区运动。而正是在PN结中的能带gap出现(即禁带)，使得被注入的电子和空穴得以快速复合，从而释放出光子。

可以总结，半导体激光器的工作原理是：激光波长区间内半导体PN结处的电注入使其电子与空穴再组合，释放出一个带有相同相位的相干光束，一旦满足了Revaturer P-N结区的泵浦电压，则可以激发形成稳定的激光器。

四、半导体激光器应用

半导体激光器在通信领域得到了广泛的应用，在光纤通信和无线通信领域，它的高速、高效、低功耗等特点被广泛应用。此外，半导体激光器也可以在医疗方面使用，如眼科、牙科、皮肤科等领域，其精细度高、作用深度均匀等特点让医生在手术中得到了极大的帮助。此外，还有在激光打印、材料加工、激光展示等领域也有应用。如激光打印机使用的是半导体激光器，能够更精确地实现打印，让传统的油墨打印方式得到了革新。

半导体激光器的原理及应用论文

半导体激光器的原理及应用论文

本科毕业论文

题 目：半导体激光器的原理及应用

院 （部）： 理学院

专 业： 光信息科学与技术

班 级： 光信071

姓 名： 张士奎

学 号： 2007121115

指导教师： 张宁玉

完成日期： 2010年10月21日 山东建筑大学毕业论文

I 目录

摘要·II

ABSTRACT··IV

1前言·1

1.1光纤传感器技术及发展·1

2光纤传感器的发展历程·3

2.1光纤传感器的发展简史·3

2.2光纤传感器的原理及组成·4

2.2.1基本原理·4

2.2.2光纤传感器的基本组成·5

2.2.3光纤传感器的特点··6

2.3光纤传感器的研究领域·7

3光纤传感器的分类及研究方向·14

3.1荧光光纤传感器·14

3.2分布式光纤监测技术·15

3.3光纤传感器在未来的新趋势·15

4光纤传感器的应用··8

4.1半导体激光器在激光光谱学中的应用·8

4.2半导体激光器在光固化快速成型中的应用·8

4.3大功率半导体激光器的军事应用·9 山东建筑大学毕业论文

II 4.4半导体激光器在医疗上的应用·10

4.5半导体激光器在数字通信中的应用··12

4.6半导体激光器在激光打印及印刷市场中的应用··13

结 论·17

致 谢·18

参考文献·19

山东建筑大学毕业论文

III

摘 要

激光技术自1960年面世以来得到了飞速发展，作为激光技术中最关键的器件激光器的种类层出不穷，这其中发展最为迅速，应用作为广泛的便是半导体激光器。

半导体激光器的发展迅速,以其独特的性能及优点获得了广泛的应用. 本文介绍了半导体激光器的原理、结构、进展。还介绍了半导体激光器在激光测距、激光引信、激光制导跟踪、激光瞄准和告警、激光通信、光纤陀螺以及国民经济等各个领域中的应用。大功率半导体激光器在军事领域和工业领域有着广泛的应用。本文还介绍了大功率半导体激光器最新研究进展,着重于在提高可靠性、提高功率转换效率、波长稳定、拓展波长范围等方面所取得的进步,目前,高功率半导体激光器的主要市场是泵浦固体激光器、材料加工、印刷业和医学应用等领域。在需求牵引下,高功率半导体激光正在向高平均功率、高功率密度、高光束质量、高效率、低成本和长寿命方向发展。半导体激光器的研究和开发始终与军用和民用市场紧密相联,本文对目前大功率半导体激光器在材料加工领域中的直接应用进行了介绍,并展望了其发展趋势。

半导体激光器（ＰＤＦ）

半导体激光器（ＰＤＦ）

北京理工大学博士学位论文

1 半导体激光器

（济南福来斯光电技术有限公司，**************）

1 前言

当前人类正进入信息和智能化的时代。以光电子、微电子为基础的通信和网络技术已成为高技术的核心，正在深刻地影响着国民经济、国防建设的各个领域，成为世界发达国家竞相发展的高新技术，其中以半导体激光器起着举足轻重的作用。 20世纪60年代到20世纪70年代[1-5]经过各国科学家的不懈努力，实现了半导体激光器的室温、连续激射后，开创了半导体激光器的发展的新时期。以其转换效率高、体积小、重量轻、寿命长、能直接调制等特点成为信息技术的关键器件。其发展速度之快、应用范围之广、波长覆盖范围之宽都是任何其它类型激光器所不能比拟的。目前已经是光纤通信、光纤传感、光盘信息存贮、激光打印和印刷、激光分子光谱学以及固体激光器泵浦（DPSSL）和光纤放大器（SLA）泵浦中不可替代的光源。随着它的输出功率和相干性的不断提高，它也在材料加工、精密测量等方面一展宏图，显示出巨大潜力，正在迅速占领过去由气体和固体激光器占领的一些市场。据统计国内半导体激光器的市场占有率正逐年递增，从90年代初期的不足10%到目前80%以上。 对于半导体激光器在任何领域的应用，总希望其能长期可靠的工作，例如海底通信系统由于维修更换成本很高，因此要求器件可靠工作20年以上[6]，而影响维修周期长短的关键器件就是半导体激光器的工作寿命。因此从90年代初发达国家开始对半导体激光器的可靠性和寿命测试方法开始研究。这些研究归纳起来有两种：第一、加速寿命测量法：如热应力加速测量法[7-9]、电应力加速测量法（包括大电流加速[10]和静电冲击[11]）等等。第二、激光器参数测量法[12]：如电导数测量法、热阻测量法。 确定器件的可靠性和寿命原则上应在特定的工作条件下（电流、功率、温度等）对器件进行考核，直至器件失效。对于高可靠性的电子元器件进行长时间的寿命试验，无论从成本还是时间上来看，都是不合算的，甚至是不可能的。例如对于某种器件，如果要求其失效率为2.6×10-8/小时，抽取1000只进行试验，若允许5只失效，则需试验22年。因此提出了加速寿命试验来评估器件寿命，在严酷的条件下促进某种机理引起失效，利用这种加速实验得到的寿命与正常使用条件下寿命二者之间存在的规律性，就叫做加速寿命试验。即用较短的时间加速老化预测器件寿命。该方法的优点