半导体激光器在光纤通信中的应用

０１７年第１０期　

半导体激光器在光纤通信中的应用　

林帅　武汉工程大学，湖北武汉４３００７１　

摘要通信是当今社会交流的关键，半导体激光器在光通信中起到了至关重要的作用，本文介绍了半导体激光　

器在光通信中的应用，以及它的研制情况和未来发展前景。　关键词　半导体激光器；光纤通信；激光技术　中图分类号ＴＰ２　文献标识码Ａ　文章编号２０９５—６３６３（２０１７）１０—０１１　５—０１　

半导体激光器与通信有着密不可分的联系。半导　体激光器是实现光通信中不可缺少的器件。随着更多半　

导体激光器研制的成果，人们对半导体激光器寄予厚望。　

在众多进行半导体激光器研制的国家中，日本是最早涉　

猎光通信研究的国家。　

１半导体激光器的发展过程　

第一台半导体激光器是在１９６２年被研制成功的，　

最初的半导体激光器还是有很多不足的，例如它只能在　低温情况下进行小功率工作，但经过了多年不断的研制，　

如今半导体激光器已经可以在室温条件下进行大功率输　

出连续工作，其构造从最初的同质结变化为异质结，由　Ｆ—Ｐ谐振腔到布拉格发射型等多种构造形式的半导体激　

光器。　

２半导体激光器的原理　

产生激光一般包括５个方面：泵浦源、谐振腔、　粒子数翻转、正反馈、激光输出。它是以激励方式工作　

的，能带之间存在跳跃且发光的电子，反射镜可以由半　

导体晶体的解里面形成，从而形成谐振腔，放大了光辐　射，并使光反馈和震荡。在激励方式的作用下，在导带　

和价带之间，粒子数进行反转，这时的工作物质是电子，　电子会和空穴复合，进而产生受激发射。一般地，存　

在３种半导体激励方式，分别是电注入式，高能电子束　激励式和光泵式。如图１所示，正向偏压是由产生激光　

必不可少的泵浦原所产生，双异质结的Ｎ—ＡＩｘＧａｌ－ｘＡｓ／　ｕｎ—ＧａＡｓ／Ｐ—ＡＩｙＧａｌ—ｙＡｓ为工作物质，由于正向存在偏压，　从而形成了工作物质（产生粒子数反转），因为ＡＩＧａＡｓ／　

ＧａＡｓ是晶格相同的符合系数特别大的半导体材料，随　着半导体激光器的制作工艺发展，已经可以产生界面态　

很少的近乎于完美的界面了，从而达到最小化由界面态　引起的非辐射复合效应的目的，致使其有了很高的内量　

子效应，在辐射产生光子后，以被应用最为广泛的Ｆ＿Ｐ　

谐振腔为例子，在两个不同的解里面当中，产生谐振腔　中的反复谐振，在进行了纵模的选择之后，不断的进行　

往复来回震荡，筛选出极少的方式，ＧａＡｓ为其提供了　

运动的环境，电子与空穴进行复合，形成了受激发射，　从而使这些方式得到放大。窄禁带半导体有着较低的折　

射率，低折射率使光的传播受到了一定的限制，所以，　

光则会处于窄禁带ＧａＡｓ中，对于介质波导和金属波导，　

两者存在着很大差别，介质波导在介质界面不会由于屏　

蔽作用仅在表面反射而不进入金属，介质波导在大多情　

作者简介：林帅，武汉工程大学。　况下会款禁带的半导体中形成电磁场，并衰减到零。我　们称这样的波为消逝波。除此以外，传到波时在窄禁带　

导波层里传递的波，另有一种叫辐射波，这种波的能量　

不可以完全在包层和波导层界面周围，辐射波能量的辐　射是利用正弦波的形式实现的，波不可以沿着一个特定　

方向传播，所以不会实现导波。　

／光学谐振腔＼　

全反射镜　输出反射镜　

图１　

３半导体激光器的研制与发展　

３．１研制情况　

在研制半导体激光器的重大技术工艺方面的问题　是：三高问题（高功率、可靠性、能量转化效率），在　保证了这３个关键问题的解决之下，还需要提高光束质　

量并拥有良好的光谱特性。随着各国在半导体激光器的　

研究不断深入，材料生产技术和器件制备工艺的已经达　

到了相当的水准，不断的出现新型的材料，优秀的器件　工艺和制备技术曰渐成熟，以上提到的功率，可靠性和　

能量转换率问题都得到了迅速的提高，半导体激光器和　

其他类型的激光器相比，则体现出了半导体激光器的绝　对优势，其他激光器往往在光束质量上，还有光谱线宽　上都不如半导体激光器。其他光源已经远远达不到如今　

社会的需求，可以说，在不断的研制发展之下，在半导　

体激光器的实用性广泛性的提高之下，其应用前景将会　十分可观。　半导体激光器在有效地为国民经济建和国防科技　

提供了服务，这些年来，越来越多的国家为半导体激光　

器的研究投入大量的人力物力，高功率半导体激光器阵　列器件得到了质的飞跃，目前已有的产品包括以下连　

续输出功率阵列：５Ｗ，ｌＯＷ，１５Ｗ，２０Ｗ，３０Ｗ。甚至有　

４．５ｃｍ×９ｃｍ的二维阵列，最大输出功率已经越过４５Ｗ　

的门槛。值得一提的是，当今各国都在大力发展军用光　

；；（下转第１２６页）　ｌ

　科学发展创新　

次分配和权限人员使用等级，优先使用高级别领导人员　的管理。这样才能更好地保护系统安全。结合实际发生　

的经济实况，在更可靠安全的条件下开展业务，提高对　

人民的服务素质。　

４．２计算机强基固本保安全　

在很多医院中，电脑的防护措施做得都不是很到　

位，就需要有效增强安全知识定期进行系统杀毒。首先　

需要确定医疗互联网服务器安装杀毒软件，软件硬件做　到干净无杂质，才能够最基本的确定计算机可以正常使　

用。想要更长久的使用计算机就需要注意很多方面。首　

先经常查看电子机房的电路现象，线路合格，热度和潮　

湿度雷雨预防等。要设立自家发电机确保在临时停电的　时候做到不烧电脑主机，保持持续运作状态。与此同时，　主机的检查和电脑硬件的及时检查也是很重要的，要做　

好预防工作以便临时故障发生不必要的麻烦。电脑系统　

里的文件要记得及时备份保存，维持电脑主机箱的卫生　情况。　然后，关于医院互联网领导班子以及权限人员的　基本素质，也要严格把关确定权责，准确实施到一点一　

滴　。这方面也关乎于医疗单位互联网系统的安全运作。　

消费者也要按照级别分层次的管理，把医护人员和患者　还有管理人员分开。对消费者进行密码或指纹的增强　

管理。　

最后，不要忽视每日电脑有关信息的录入，在每　日的医疗日记里详细解析和查验，才能进行接下来的有　关安全措施。比如说电脑突然停止运行，黑屏、蓝屏、　卡屏等等。在每一次的问题发生后要及时进行错误分析　

才能更有效的控制更多的错误发生。从而制定出有效的　

错误防止措施才能确定单位的互联网系统的全面保护。　

５结论　

增强安全保护的认识、完整的管理制度，才能更　

快捷有效得把危险系数降到最低。信息安全是一个医疗　单位的重中之重，一定不要忽视。医疗单位的系统安全　不但可以增强一个医院的信息安全还可以提高工作人员　

的整体协作能力，减轻工作人员的压力。领导班子要及　

时了解任职单位的安全信息和应对方案才能更好地分配　

工作，对成员进行有规律的安排，确保医院日常运作中　

系统的安全。　

参考文献　

［１】韦浩文．医院计算机信息网络系统的安全风险与控制措施研　究［Ｊ】．科研，２０１６，２（１２）：００００４．　【２】何瑞萍．静疗小组在护理风险管理中的作用【Ｊ】．世界最　新医学信息文摘：连续型电子期刊，２　０１　６，１　４（６）：　

１　５９－１６Ｏ．　【３】黄振海．浅析通信信息工程项目的风险管理与控制【Ｊ】．建筑　工程技术与设计，２０１６，２３（２８）：００２３．　［４】曾剑秋，程广焕，杨萌柯．电信运营企业信息安全风险管理　体系研究…．科技管理研究，２０１６，３６（１８）：１６０—１６４．　

（上接第１１５页）　纤通用系统。例如，美国海军先后研制了“小石城”巡　

洋舰内部光纤通信系统。　目前，半导体激光器在光存储，信息处理以及加　

工技术，和医疗上有着实质性的用处，还广泛的应用于　国防科技，例如：激光通信、激光雷达、引信等一系列　实质性应用。　

３．２半导体激光器的发展　

通信领域由最初的微波发展到激光，在远距离信　

息传输方面，在宇宙信息传输中，激光技术能够实现光　的自由空间传输并且得到极高的数据率传输。所以在卫　

星通信上，光通信的优点得到了充分的展现。以激光通　信强国美国为例，美国在大西洋铺设了一条海底通信系　统，实现了英、美、法三国海底信息传输的真正连接。　此通信系统全长６　７００ｋｍ，是美国花重资打造的第一代　

海底光纤通信系统。前苏联对光纤通信方面的研究也是　

十分重视的。在２０世纪末，他们使用了城市长距离互　联电话光纤线路，并计划建立光纤传输电视信号的系统。　

半导体激光器是发展较快的激光器，由于它的生　产量大，波长范围广，重量小，使用寿命长的几大实用　

性特点，现如今半导体激光器的种类已经超过了３００种。　半导体激光器是如今光电子学的中坚力量与核心。它是　伴随着光通信和集成光学回路的发展出现的，在光纤通　

信种半导体激光器是必不可少的部件，在使用过程种，　

有着较高的要求，不仅需要能够在高温下高速高效的工　作，还要能够长时间的稳定，可靠的工作。由于半导体　

激光器属于科技产品，所以无论是在制作过程，技术能　力方面都有很高的要求，再加上科技大国对科技核心技　术的保密和垄断，所以，至今我国还没有能够成熟运作　生产半导体激光器的实力，致使中国在光通信产业上受　

到牵制，即使经过了长期的研制，国内的光通信市场规　

模逐渐乐观，但是主要的核心技术我国还是有所欠缺。　运用先进的技术和优秀的同类进口产品，对我国光通信　

领域发展有着积极的作用。　

４结语　

半导体激光器在光纤通信中是十分重要的，经过　

多年的发展与研制，我国对于半导体激光器的研制和生　产有着一定的基础和实力，但与通信强国相比，我国还　是有所欠缺，随着半导体激光器在光通信中的应用越来　

越广泛，实质性的应用更多展现在了国人眼前，半导体　激光器现在受到了越来越多的人的关注，更多的关注会　

使其稳定迅速的发展。因此，我们需要不断提高制备工　艺，降低生产成本，投入更多的人力物力，追赶国际领　

先的研制水平，使其更好的为国民生活和国防科技服务。　

参考文献　

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