LDMP09050030半导体激光器

0-45A 高精度积木式LD半导体激光器恒流源(型号：PWR-45A-20V)一：功能描述应用范围：LD激光器驱动光纤激光器激光打标机高频调Q激光本电源使用了单元模块并联技术，基于一个高性能、高精度、高效率的恒流源子模块，通过n个子模块的简单叠加，实现任意大电流输出。

相比较传统电源，这一设计具有搭积木式结构，具有很多优点：第一：结构简单且容易实现任意大小电流输出，使用子模块搭积木式结构，客户维护方便快捷。

第二：基于子模块高精度、高效率的特点，系统也具有精度高，效率超高特点。

第三：系统母板上再设过流、过热保护，使得恒流源半导体激光器横流驱动源高可靠性。

系统具有操作简单的特点。

电源配套所有外部器件。

包括5k电位器调节恒流源输出，常闭开关控制恒流输出使能，数字显示表头显示当前电流，led指示灯显示过流、过热情况。

通过调节母板上三个电位器，可改变最高电流输出限制、过流保护阈值等。

图1 电源接线图注：LD负载接线完成后，才能给电源供电，否则容易顺坏LD激光器！恒流源参数：电源输入：24V±0.5V输入功率：1000W电源输出：0-45A电压输出：1-20V慢启动时间：500mS效率大于：92%电流显示：三位半数字显示过流、过热保护二：控制接口控制接口采用10芯IDC10接口，在线路板的左下角位置，参加图2所示。

图2 控制接口示意图下面分别介绍各个端口的功能:1脚：过热报警端口图3 过热报警接线图内部为npn三极管结构，外接LED指示灯，内部具有0.125W限流电阻，电源外部不必再添加限流电阻。

如果内部温度超过80度，过热报警动作，指示灯亮。

（电源正常工作）2脚：过流报警端口图4 过流报警接线图内部为SCR 结构，外接LED 指示灯，内部具有0.125W 限流电阻。

如果出现电源过流情况，过流保护动作，指示灯亮，电源停止输出。

3脚：+5V 输出端口该端口提供不超过100mA 的电流输出， 用于电流显示表头的正极供电。

内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广。

由于以上诸多优势，半导体激光器在工业应用、照明、投影、通信、医疗以及科研等领域已经应用相当普遍。

新型太赫兹半导体激光器加州大学洛杉矶分校科研人员利用新方法制造出太赫兹频率下工作的半导体激光器。

这一突破或将带来可用于太空探索、军事和执法等领域的新型强大激光器。

在电磁波谱中，太赫兹的频率范围位于微波和红外线之间。

太赫兹波可以在不损伤被检测物质的前提下对塑料、服装、半导体和艺术品等进行材料分析，还可以用于分析星体的形成和行星大气的组成。

目前使用可见光的垂直外腔表面发射激光器（VECSEL）已经被广泛用于生成高能束，但是这种技术此前并不适用于太赫兹频率范围。

加州大学洛杉矶分校的电气工程副教授本杰明·威廉姆斯带领团队研制了首个可以在太赫兹频率范围使用的VECSEL。

为了使VECSEL在太赫兹频率范围发出高能束，威廉姆斯团队研制出带有一个叫做“反射阵超材料表面镜”装置的VECSEL。

这种装置之所以如此命名，是因为它包含一个由大量微小天线耦合激光腔组成的阵列，这样当太赫兹波经过这个阵列时就“看”不到激光腔，反而会被反射回去，就像被普通的镜子反射回去一样。

“把超材料表面和激光器结合起来还是第一次。

”威廉姆斯表示，这一方法既可以使激光器在太赫兹频率范围输出更大的功率，还可以形成高质量的激光束，而且超材料的使用可以让科研人员对激光束进行进一步的设计，以生成理想的极化度、形状和频率等。

全球首款连续波高功率蓝紫光半导体激光器松下公司宣布已研发出一种蓝紫光半导体激光器，其工作输出功率为4.5瓦，即使在激光器的最大工作温度(60℃)下，其输出功率也能达到传统激光器的1.5倍。

激光笔里边就是一个半导体激光器,属于 LED的一种.前边一般会加一个光学镜头用 来聚焦.激光笔发出的激光属于固体激光,而 激光笔里面的固体激光器也就是一个激光 二极管.目前的激光笔大多数是红色,可以指 示的长度比较远.
激光炫目器

激光眩目器采用人眼最为敏感的532nm绿 激光，不仅在低亮环境下照亮数英里之外 的物体，还能实现警示远距离之内的潜在 目标和控制大片人群的目的。照射眼睛时 能使眼睛短暂性失明和感到眩晕，从而快 速制敌而不伤害人身生命。强烈耀眼地绿 光光束能干扰敌方的的视觉传感器，使对 方瞬间地攻击或反抗归于无效。


半导体中激光产生的条件： 粒子数反转：产生大量的受激辐射 光学谐振腔：实现光放大 达到阈值电流密度：使得增益大于损耗
半导体激光器的一般构成
光反馈装置 输出光 有源区 频率选择元件
构成部分： 光波导 1.有源区 有源区是实现粒子数反转分布、有光增益的区域。 2.光反馈装置 在光学谐振腔内提供必要的正反馈以促进激光振荡。 3.频率选择元件 用来选择由光反馈装置决定的所有纵模中的一个模式。 4.光波导 用于对所产生的光波在器件内部进行引导
半导体激光器的分类及应 用
光电14 王晓东
什么是半导体激光器？


半导体激光器又称激光二极管，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 这里的半导体材料常见的有砷化镓 （GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟 (InP)、硫化锌(ZnS)
激光的产生： 当在半导体中实现粒子数反转，使得受激辐射大于受激吸收， 使得光增益大于光损耗，就可产生激光。
什么是质结？



同质结：其pn结由同一种半导体材料构成 异质结：其pn结采用不同半导体材料构成 双异质结：在宽带隙的p型和N型半导体材料之间 插入一薄层窄带隙的材料 区别： 同质结LED：有源区对载流子和光子的限制 作用很弱； 异质结LED: (1)带隙差形成的势垒将电子和空穴限制在有源 区复合发光 （2）折射率光场有效地限制在有源区

Ⅱ、与同质结激光器相比，异质结激光器具有以下优点： 1）阈值电流低，同时阈值电流随温度的变化小； 2）由于界面处的折射率差异，光子被限制在作用区内； 3）能实现室温下的连续振荡。
应用：
半导体激光器应用十分广泛，主要分布在军事、生产和医疗方面：
军事：Ⅰ)激光引信。半导体激光器是唯一能够用于弹上引信的激光器。 Ⅱ)激光制导。它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。 Ⅲ)激光测距。主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域。 Ⅳ)激光雷达。高功率半导体激光器已用于激光雷达系统
目录
CONTENTS
1 基本介绍及发展 2 基本原理及构成
3 主要特性
4 分类、应用及发展前景
基本介绍及发展
高能态电子束>低能态电子束
高能态
低能
态
同频同相
的光发射
同频同相光 谐振腔内多次往返
放大
激光
激光：通过一定的激励方 式，实现非平衡载流子的 粒子数反转，使得高能态 电子束大于低能态电子束， 当处于粒子数反转状态的 大量电子与空穴复合时， 便产生激光。
激光具有很好的方向性和 单色性。用途十分广泛
高功率半导体激光器
① 、1962年9月16日，通用电气公司的罗伯特·霍尔 （Robert Hall） 带领的研究小组展示了砷化镓（GaAs）半导体的红外发射， 首个半 导体激光器的诞生。 ②、70年代，美国贝尔实验室研制出异质结半导体激光器，通过对光 场和载流限制，从而研制出可在室温下连续运转且寿命较长的激光器。 ③、80年代，随着技术提升，出现了量子陷和超晶格等新型半导体激 光器结构； 1983年，波长800nm的单个输出功率已超过100mW，到 了1989年，0.1mm条宽的则达到3.7W的连续输出，转换效率达39%。 ④、90年代在泵浦固体激光器技术推动下，高功率半导体激光器出现 突破进展。。1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线阵 连续波输出功率达121W，转换效率为45%。

可靠性
高功率半导体激光器的可靠性是关键问题之一，需要解决长 时间运行下的热效应、光束质量变化和器件失效等问题。研 究和发展高效散热技术、光束控制技术和寿命预测技术是提 高可靠性的重要途径。
多波长与调谐技术
多波长
多波长半导体激光器在通信、光谱分析和传感等领域具有重要应用。实现多波长输出的关键在于利用 增益耦合或波导耦合等技术，将不同波长的光场限制在相同的谐振腔内，以实现波长的稳定和可控。
跃迁过程
在半导体中，电子从价带跃迁到导带是通过吸收或释放光子的方 式实现的。当电子从导带回到价带时，会释放出能量，这个能量 以光子的形式辐射出来。
载流子输运与动态过程
载流子输运
在半导体中，电子和空穴的输运受到 散射和扩散机制的影响。散射机制包 括声学散射和光学散射等，扩散机制 则是由浓度梯度引起的。
80%
表面处理
利用半导体激光器的热效应，对 金属、塑料等材料表面进行硬化 、熔融、刻蚀等处理，提高材料 性能和外观质量。
生物医疗与科学仪器
医学诊断
半导体激光器在光谱分析、荧 光检测等领域有广泛应用，可 用于医学诊断和药物分析。
生物成像
利用半导体激光器的相干性和 单色性，实现光学成像和干涉 测量，在生物学、医学、物理 学等领域有广泛应用。
详细描述
在光纤通信中，半导体激光器 作为信号源，通过调制产生的 光信号在光纤中传输，实现信 息的快速、远距离传输。
应用优势
半导体激光器具有体积小、功 耗低、调制速度快、可靠性高 等优点，适用于大规模、高容 量的光纤通信系统。
发展趋势
随着5G、物联网等技术的发展 ，光纤通信的需求不断增加， 半导体激光器的性能和可靠性 也在不断提升。
光谱分析
半导体激光器作为光源，可用 于光谱分析技术，检测物质成 分和结构，广泛应用于环境监 测、化学分析等领域。

高能量半导体激光技术参数
1、激光器分类：4类
2、产品类别：医疗器械分类目录09类（物理治疗器械）
3、适应症：设备适用于促进局部组织的血液循环（必需提供注册证证明）
4、光纤长度≥2m
5、工作方式：连续模式、脉冲模式
6、治疗激光波长：980nm±10nm,单波长最大连续输出功率215M功率调节范围，0-15W,步进0.1W
7、指示光波长：650nm÷20nm,指示光功率：V5mW,
指示光亮度可调节
8、输出方式：手持式手柄按钮开关操作
9、光斑直径：32mm-40mm
10、脉冲模式脉宽：Ims-999ms
11、脉冲模式频率：IHZ-500Hz
12、定时器：0-3600s
13、治疗导引：可播放教学视频，人体图谱（视频）屏幕：≥10∙1寸1080P
以上智能高清触控大屏，屏幕亮度可调整，中文显示和输入法
14、治疗方案：可储存针对患者的精准定制化治疗方案15、储存空间：患者库数据大于IOOOo个
16、激光防护眼镜：防护镜对激光输出波长的光密度
N4,可见光透射比N30%
17、端口：USB接口数据升级
18、重量：≤6KG净重
19、质保三年以上。

这就必须要有足够强的电流注入即有足够的粒子数反转粒子数反转程度越高得到的增益就越大即要求必须满足一定的电流阈值条件
天津大学电子信息工程学院 School of Electronic Information Engineering
半导体激光器
朱守奎 ，马小品 2014年11月7日
一、简单介绍
1. 激光：英文LASER是Light Amplification by Stimulated Emission
三、半导体激光器的一般构成
光反馈装置 输出光 有源区 频率选择元件 光波导
LD的通用结构 构成部分： 1.有源区 有源区是实现粒子数反转分布、有光增益的区域。 2.光反馈装置 在光学谐振腔内提供必要的正反馈以促进激光振荡。 3.频率选择元件 用来选择由光反馈装置决定的所有纵模中的一个模式。 4.光波导 用于对所产生的光波在器件内部进行引导。
4.应用：在光纤通信、激光唱片、光存储、全息照相、数码显示，激光打印，
激光测距、医疗军事等领域得到广泛的应用。在光信息处理、光计算等新领 域也将发挥重要的作用。
二、半导体激光器的工作原理
1.受激吸收：在电流或光作用下，价带中的电子获得能量跃迁的导
带中，在价带中留下一个空穴，称为受激吸收。这就必须要有足够强 的电流注入，即有足够的粒子数反转，粒子数反转程度越高，得到的 增益就越大，即要求必须满足一定的电流阈值条件。
B 输出的波长为：源自2 B2ne Le(m 1 / 2) m是纵模的阶数
谢谢
E2 E1
hv
E2 hv E1
hv hv
(b) 自发辐射：非相干光
(c) 受激辐射：相干光
3.激光的产生：
当在半导体中实现粒子数反转，使得受激辐射大于受激吸收，使得光增益大于光损耗，就 可产生激光。

第8卷 第4期信息与电子工程Vo1．8，No．4 2010年8月INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Aug．，2010文章编号：1672-2892(2010)04-0441-04大功率半导体激光器驱动电路马良柱，宋志强，刘统玉，王 昌，陈汝波(山东科学院激光研究所山东省光纤传感器重点实验室，山东济南 250014)摘要：为实现30W连续掺Yb光纤激光器，设计一种大功率(10A)半导体激光器(LD)的驱动电路，该恒流源电路采用功率场效应管作电流控制元件，运用负反馈原理稳定输出电流，正向电流0A~10A连续可调，纹波峰值为10mV，输出电流的短期稳定度达到1×10-5，具有过流保护、防浪涌冲击的功能。

实际应用在30W连续掺Yb光纤激光器中，结果表明该驱动电路工作安全可靠。

关键词：半导体激光器；驱动电路；场效应管中图分类号：TN248 文献标识码：APower driving circuit of Laser DiodeMA Liang-zhu，SONG Zhi-qiang，LIU Tong-yu，WANG Chang，CHEN Ru-bo (Shandong key laboratory of optic fiber sensing，Laser Institute，Shandong Academy of Sciences，Tsinan Shandong 250014，China)Abstract：This paper introduces a power driving circuit for Laser Diode(LD). It adopts power Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(MOSFET) as adjust device，and apply current negativefeedback to ensure constant current output. The output current is a forward current adjustable in 0A–10Arange with ripple less than 10mV，whose short-term stability has reached 1×10-5. This circuit also bearsfunctions including maximum current，surge current limitation and slow start. It has been applied as pumpsource for a Yb doped optic fiber laser，and the experimental results has proved its reliability and safety.Key words：Laser Diode；driving circuit；Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor半导体激光器(LD)具有尺寸小、重量轻和低电压驱动、直接调制等特点，还具有高单色性、高相干性、高方向性和准直性的优良特性，广泛应用于国防、科研、医疗、光通信和光传感等领域[1]。

半导体激光治疗仪技术参数
产品技术规格及基本要求：
1、激光器基本参数
1.1GaAS半导体激光器
1.2波长：810nm(±10nm)
1.3光纤末端输出功率：0-30W,连续可调
1.4输出模式：连续、重复脉冲
2、瞄准激光
2.1激光二极管，亮度强弱可调节
2.2红色半导体激光指示光
3、传输系统
3.1带HP-SMA-905国际标准光纤连接器
3.2光纤芯径：400μm,600Um,
3.3光纤传导率295%
3.4光纤未连接自动报警
4、操作方式
4.1精密真彩色触摸液晶屏
5、预设方式
5.1具备预存工作模式功能
5.2预设激光参数：脉宽、频率、功率、定时设置等
5.3治疗过程中，脉宽、频率、功率、脉冲数、脉冲方式、定时总时间及剩余时间同步被显示
6、打印功能：可打印使用设备的手术起始时间、频率、功率、脉冲方式、脉冲数及总能量
7、声音报警提示，蜂鸣器声音大小可调
8、配备
8.1自动高低温报警和控制系统
8.2全机性能自检功能
9、激光器冷却系统：半导体制冷，空气冷却。

器件加工技术
通过光刻、刻蚀、蒸发等微纳加工技 术制备出具有特定结构的半导体激光 器器件。
封装技术
采用合适的封装材料和工艺，保证半 导体激光器的长期稳定性和可靠性。
02
静态特性参数及其测量方法
阈值电流与斜率效率
阈值电流
半导体激光器开始产生激光输出的最小电流。测量方法通常 包括观察输出光功率与注入电流的关系，确定阈值电流的位 置。
半导体激光器可用于激光雷达的发射光源，具有体积小、重量轻、效率
高等优点。激光雷达在军事侦察、目标跟踪、导弹制导等方面具有广泛
应用前景。
02
光电对抗
半导体激光器可用于光电对抗中的干扰和致盲，具有响应速度快、干扰
效果好等优点。随着光电对抗技术的不断发展，对半导体激光器的需求
也将不断增加。
03
保密通信
半导体激光器可用于实现高速、保密的光通信，具有抗干扰能力强、传
描述激光器输出波长随工作条件变化 而保持稳定的能力。测量方法是通过 光谱分析仪测量输出光的波长，并记 录不同工作条件下的波长变化。
调制深度与频率响应
调制深度
描述激光器在调制信号作用下输出功率变化的能力。测量方法是通过施加调制 信号并记录输出功率的变化量，从而计算出调制深度。
频率响应
描述激光器对不同频率调制信号的响应能力。测量方法是通过施加不同频率的 调制信号并记录输出功率的变化，从而绘制出频率响应曲线。
其他领域
半导体激光器还可应用于工业加工、环境监测、照明等领域。随着这些领域的不断发展，对半导体激光 器的需求也将不断增加。
THANKS
感谢观看
优化热管理设计
通过改进散热结构、使用高热导率材料等措施，可以降低 激光器的热效应，提高功率稳定性。

决定因素
蓝光DVD半导体激光器半导体光电器件的工作波长是和制作器件所用的半导体材料的种类相关的。半导体材 料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着 一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时，就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带 跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。材料科学的发展使我 们能采用能带工程对半导体材料的能带进行各种精巧的裁剪，使之能满足我们的各种需要并为我们做更多的事情， 也能使半导体光电器件的工作波长突破材料禁带宽度的限制扩展到更宽的范围。
工作原理
根据固体的能带理论，半导体材料中电子的能级形成能带。高能量的为导带，低能量的为价带，两带被禁带 分开。引入半导体的非平衡电子-空穴对复合时，把释放的能量以发光形式辐射出去，这就是载流子的复合发光。
一般所用的半导体材料有两大类，直接带隙材料和间接带隙材料，其中直接带隙半导体材料如GaAs（砷化镓） 比间接带隙半导体材料如Si有高得多的辐射跃迁几率，发光效率也高得多。
进入21世纪后，半导体激光器的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，红、橙半导体激光器光效已达 到100Im/W，绿半导体激光器为50lm/W，单只半导体激光器的光通量也达到数十Im。半导体激光器芯片和封装不 再沿龚传统的设计理念与制造生产模式，在增加芯片的光输出方面，研发不仅仅限于改变材料内杂质数量，晶格 缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结构，增强半导体激光器内部产生光子出射的几率， 提高光效，解决散热，取光和热沉优化设计，改进光学性能，加速表面贴装化SMD进程更是产业界研发的主流方 向。
损耗关系
激光器的腔体可以有谐振腔和外腔之分。在谐振腔里，激光器的损耗有很多种类，比如偏折损耗，法布里珀 罗谐振腔就有较大偏折损耗，而共焦腔的偏折损耗较小，适合于小功率连续输出激光，还比如反转粒子的无辐射 跃迁损耗（这类损耗可以归为白噪声）等等之类的，都是腔长长损耗大。激光器阈值电流不过就是能让激光器起 振的电流，谐振腔长短的不同可以使得阈值电流有所不同，半导体激光器中，像边发射激光器腔长较长，阈值电 流相对较大，而垂直腔面发射激光器腔长极短，阈值电流就非常低了。这些都不是一两句话可以说的清楚的，它 们各自的速率方程也都不同，不是一两个式子能解释的。另外谐振腔长度不同也可以达到选模的作用，即输出激 光的频率不同。

半导体激光器芯片半导体激光器芯片是一种基于半导体材料的激光发射器件。

它是利用半导体材料的电磁特性和光电特性，通过电子跃迁来实现光的放大和激光发射，具有体积小、功耗低、效率高等优点，在光通信、光存储、激光雷达等领域中有广泛的应用。

半导体激光器芯片由几个主要部分组成：有源区、波导区和光谱器。

有源区是激光发射的核心，它是由半导体材料构成的，通过电流注入激发载流子，从而实现电子和空穴的复合释放出能量，产生光子。

波导区则是光的传输通道，主要用于引导光子在芯片中传播。

光谱器则用于反射和选择特定频率的光，使激光发射具有单色性和方向性。

半导体激光器芯片可以分为多种类型，包括激光二极管（LD）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）和外腔半导体激光器等。

激光二极管是最为常见的一种类型，它的结构简单，成本低廉，广泛应用于光通信中的光纤通信、光载波传输和光纤传感等领域。

VCSEL则具有较低的阈值电流和较高的面发射功率，广泛应用于数据中心的数据通信、光纤传感和3D感应等领域。

外腔半导体激光器则结构复杂，但具有较窄的光谱线宽和较高的输出功率，常用于激光雷达、光谱分析和医疗显微镜等领域。

半导体激光器芯片的工作原理基于半导体材料的电子能带结构。

当载流子（电子和空穴）进入有源区时，通过受激辐射的过程，载流子进行能级跃迁并放出能量，产生了光。

这些光被波导区引导，并通过光谱器的选择，形成了激光输出。

具体来说，有源区的半导体材料被掺杂成砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）等材料，分别形成电子的源和空穴的源。

当电流注入有源区时，电子和空穴在波导区中进行复合释放，产生了光子。

这些光子经过波导区的多次反射，在光谱器的作用下形成了激光输出。

半导体激光器芯片的发展已经取得了长足的进步。

通过优化半导体材料的生长工艺和结构设计，可以降低阈值电流、提高光输出功率和电光转换效率。

此外，制造工艺的进一步发展，如微纳制造技术和先进光刻技术，也为半导体激光器芯片的生产提供了更高的精度和可重复性。

LD的发光过程
• 注入电流,即注入载流子； • 在有源区形成粒子数反转,导带电子不稳定,少数
电子自发跃迁到价带,产生光子； • 1个光子被导带中电子吸收跃迁到价带,同时释放
出2个相干光子,持续这个过程,直到释放出多个相 干光子,即在合适的腔内振荡放大； • 光子稳定振荡,光能量大于总损耗时,LD开始工作，
1. 受激辐射和粒子数反转分布
2. 有源器件的物理基础是光和物质相互作用的 效应，
3.
在物质的原子中,存在许多能级,最低能级E1
称为基态,能量比基态大的能级Ei i=2, 3, 4 … 称
为激发态， 热力学平衡状态下,在较低能级上比
较高能级上存在较多的电子
4. 电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态 之间的跃迁有三种基本方式：受激吸收 本征吸 收 自发辐射 受激辐射
P区
能量
p
E
c
P区
p
E
v
内部电场
PN 结空 间电 荷区
扩散 漂移
N区
n
E
c
a P-N结内载流子运动；
势垒
E
f
N区
n
E
v
图 3.3 PN
b 零偏压时P-N结 的能带倾斜图
p
E
c
hf
p
Ef
p
Ev
n
E
c
n
hf
Ef
n
Ev
内部电场
外加电场
电子，
空穴
正向偏压下P-N结能带图
获得粒子数反转分布
增益区 作用区 的产生：
镜构成,并被称为法布里-珀罗 Fabry Perot, FP 谐振腔， 由于谐振腔内的激活物质具有粒子数反转分布,可以用它产生

半导体激光器的分类半导体激光器是一种利用半导体材料产生激光的装置。

它具有体积小、功率高、效率高、寿命长等优点，广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。

根据其工作原理和结构特点的不同，可以将半导体激光器分为以下几类：1. 二极管激光器（LD）二极管激光器是最常见的半导体激光器类型之一。

它是通过注入电流到二极管中，使其产生激光辐射。

二极管激光器具有体积小、功率密度高、效率高等优点，广泛应用于光纤通信、激光打印、激光雷达等领域。

根据工作原理的不同，二极管激光器又可以分为以下几类：•直接泵浦激光器（Direct Pumped Laser Diode，DPLD）：通过电流直接激发半导体材料产生激光。

这种激光器通常具有较高的功率和较宽的工作频率范围。

•共振腔激光器（Resonator Laser Diode，RLD）：在二极管激光器的两端加上反射镜，构成一个光学共振腔。

通过选择合适的反射镜，可以实现激光的单模或多模输出。

2. 半导体光放大器（SOA）半导体光放大器是一种利用半导体材料增强光信号强度的装置。

它与二极管激光器结构相似，但工作在低注入电流下，不产生激射器。

半导体光放大器具有宽带宽、低噪声、快速响应等优点，广泛应用于光纤通信、光网络等领域。

3. 垂直腔面发射激光器（VCSEL）垂直腔面发射激光器是一种在半导体材料中形成垂直共振腔结构的激光器。

它是通过在半导体材料上增加光学反射镜而实现的。

VCSEL具有发射光束近乎垂直、低阈值电流、高速调制等特点，广泛应用于光纤通信、光存储、光雷达等领域。

4. 外腔激光二极管（ECL）外腔激光二极管是一种将带有光纤输出的半导体激光器。

它利用光纤与半导体激光器之间的耦合结构，将激光输出到光纤中。

ECL具有高度集成、输出功率稳定、光谱纯净等优点，广泛应用于光纤通信、传感器等领域。

5. 量子阱激光器（QL）量子阱激光器是一种利用半导体量子阱结构产生激射器的激光器。

它采用了由狭窄能隙材料构成的量子阱，可以有效地抑制激发态的非辐射复合，从而提高激光器的效率。

■ 输出频谱（线宽）大；
■ 响应速度慢，调制带宽小；
■ LED是非相干光源。 ■ LED的输出线宽大约比LD的输出线宽大2个数量级，而其 带宽则比LD带宽小得多。无法用于高速、远距离通信，只能 用于低速、短距离传输，例如局域网、接入网（ONU无色化） 等。
LED发光特性
输出频谱宽
改进措施
自发辐射，响应 速度慢，带宽小
在静态条件下(注入电流为直流电，不随时间变化),光子面 密度与载流子面密度都不随时间变化，即:
由上述条件，可得光子面密度和注入电流面密度如下：
如果能够将光子面密度与注入电流面密度之间的函数关系 找出来，就可以明确半导体激光器的输出与输入之间的关系。 但是，虽然从其表达式来看，两者都是载流子面密度n2D和光子 能量Em的函数，但是仍然无法写出光子面密度与注入电流 面 密度之间的函数解析式。
在上述表达式中，
(3)自发辐射产生率 光子面密度的连续性方程可写为：
2. 载流子的速率方程 是分析半导体激光器工作过程的另一个工具。在不考虑非
辐射复合过程的情况下，载流子面密度的速率方程为：
式中等号右边第1项：单位时间内由于电流注入而导致的载 流子面密度增加值(只考虑辐射复合，因此此处电流是注入总 电流中被辐射复合消耗的那一部分)；第2项：单位时间内由于 自发辐射过程而导致的载流子面密度的减小值；第3项：各种 模式的受激辐射所导致的载流子面密度减小值。自发辐射和各 种模式的受激辐射，都会引起载流子密度下降，注意与光子连 续性方程的区别。
■ 除了有源区增益系数 ■外，腔体总的增益系数为
■表征了腔体对光波的总的增 益。
（2）光腔内部的主要损耗过程 ◆ 限制层及电极区对光子吸收所带来的损耗(如这些区域内的 杂质等引起的光吸收)；

半导体激光器工艺知识详解半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管（LD），是20世纪60年代发展起来的一种激光器。

半导体激光器的工作物质有几十种，例如砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）等，激励方式主要有电注入式、光泵式和高能电子束激励式三种。

半导体激光器从最初的低温（77K）下运转发展到室温下连续工作；从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱（单、多量子阱）等多种形式。

半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的光纤导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展。

半导体激光器的体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用遍布临床、加工制造、军事，其中尤以大功率半导体激光器方面取得的进展最为突出。

半导体激光器的工作原理激光产生原理半导体激光器是一种相干辐射光源，要使它能产生激光，必须具备三个基本条件：（1）增益条件：建立起激射媒质（有源区）内载流子的反转分布，在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带，因此在半导体中要实现粒子数反转，必须在两个能带区域之间，处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多，这靠给同质结或异质结加正向偏压，向有源层内注人必要的载流子来实现。

将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。

当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。

（2）要实际获得相干受激辐射，必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡，激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的，通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜，而出光面镀上减反膜。

对F—p腔（法布里一珀罗腔）半导体激光器可以很方便地利用晶体的与P—n结平面相垂直的自然解理面一面构成F—P 腔。

（3）为了形成稳定振荡，激光媒质必须能提供足够大的增益，以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的损耗，不断增加腔内的光场。

这就必须要有足够强的电流。