半导体激光器发展现状

激光器　摘要：本文综述了半导体量手点激光器的发展和研究现状，并简单介绍了量子点材料的自组装生长，量　子点在其他光电子器件上的应用及其发展趋势。　

霉镌量　

（中国科学院激发　（中国科学院长春光学　

１量子点低维限制　８０年代中期，随着半导体超薄层生长技术，　如ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ等的发展，对半导体薄膜材料实　现精确控制生长已成为可能，获得了高质量的二　维限制量子阱及超晶格材料。以这些二维限制异　质结材料制成的光电器件，如激光器、探测器的　性能得到迅猛的提高，并迅速进入市场，得到广　泛的应用。二维量子阱材料带来的巨大成功促使　研究人员继续在更多维度上对电子运动进行限　制。开展了量子线及量子点的研究。　理论分析表明，当材料的特征尺寸在三个自　由度上都与电子的德布罗意波长或电子的平均　自由程相比拟或更小时，电子在材料中的运动受　到三维限制，也就是说电子的能量在三个维度上　都是量子化的。称这种电子在三个维度上都受到　限制的材料为量子点。图ｌ表示不同维度限制的　材料和对应的电子态密度函数关系。理想的量子　点中电子谱是一系列分立的能级，由禁带隔开。　其量子化能级由下式给出：　光机电信息４／２００２　０ＭＥ　ＩＮＦＯＲＭＡ　ｎ０Ｎ　Ｎｏ．４．２００２　０　震　

如果量子点的最低两个分立量子能级的能　量差大于几倍的ｋＴ（室温约２５ｍｅＶ），那么就不会　出现增益函数的热依赖特性，因此也不存在激光　发射波长的热依赖特性，从而表现出极好的温度　稳定性，不会导致激光器随着工作温度的升高而　带来的性能退化。图２表示体材料，（ａ）量子阱；　（ｂ）量子线；（ｃ）及量子点；（ｄ）双异质结激光器的　阈值电流密度特征与温度特性。对于理想量子点　激光器，理论上的特征温度为∞，即温度变化对激　光器的阈值电流密度等特性没有影响。　这种具有类原子的态密度函数分布的量子　点激光器可望具有比量子阱、量子线激光器更加　优异的性能，如超低阈值电流密度、极高的阈值电　流密度温度稳定性、超高微分增益和极高的调制　带宽等。量子点激光器已显示出从大功率激光、光　计算机到光纤数字传输用高速光源以及红外探测　器等方面的广阔应用前景，是目前国际上最前沿　的重点研究方向之一。

浅谈半导体激光器及其应用

摘要：近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。由于半导体激光器的一些特点，使得它目前在各个领域中应用非常广泛，受到世界各国的高度重视。本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。

关键词：半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。

自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。

一、半导体激光器

半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的 Pn 结或 Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式 、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给 Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射 ,也就是说是个正向偏置的二极管 。因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁 ,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。它们所发出的波长在0.3～34μm之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙 ,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750～890nm。

中国半导体激光器发展现状分析

（1）基本概念

半导体激光器是 20 世纪 60 年代发展起来的一种激光器,

以半导体材料作为工作物质. 从 20 世纪 70 年代末开始,

半导体激光器明显向着两个方向发展, 一类是以传递信息为目的的信息型激光器,

另一类是以直接使用输出激光的光功率为目的的功率型激光器.

半导体激光器工作原理是采用注入电流的激励方式, 将注入电流的电能通过半导体材料实现电光转换, 输出激光.

半导体激光器可作为光纤激光器、固体激光器的泵浦源,

也可用于制作直接半导体激光器, 作为光源应用到材料加工、激光医疗、激光雷达等领域.

直接半导体激光器由光纤耦合半导体激光器模块、 合束器件、 激光传能光缆、

电源系统、控制系统及机械结构等构成,

在电源系统和控制系统的驱动和监控下实现激光输出.

（2）半导体激光器的分类

半导体激光器种类较多, 根据其芯片参数、封装方式的不同,

有多种分类方式. 其中, 光纤输出的半导体激光器分类方式主要有以下几种：

1）按使用方式分类

按照半导体激光器使用方式的不同,

可以分为用于光纤激光器和固体激光器等种类激光器的泵浦源以及直接使用其输出激光的直接半导体激光器.

2）按功率分类 按照输出光功率的不同可分为 100W

以下的低功率半导体激光器、100W-1,000W 的中功率半导体激光器、 1,000W 以上的高功率半导体激光器.

（3）半导体激光器市场规模

随着半导体激光器技术的快速发展和突破, 半导体激光器产品质量、波长范围和输出功率正在迅速提高, 产品种类日益丰富, 应用到激光加工、 3D

打印、激光雷达、生命科学与健康和红外照明与显示等的许多方面.

高功率半导体激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高、性能稳定、可靠性高和寿命长等优点, 已经显露出其在激光器领域中的主导地位,

广西师范学院2017年

本科毕业论文

论文题目

半导体激光器的发展历程

毕 业 生：吴 伊 琴

指导老师：王 *

学科专业：物理学（师范）

目录

摘要

前言 一． 理论基础及同质结半导体激光器（1917-1962）

1.1激光理念及激光技术的面世

1.2早期半导体激光器理念提出与探索（1953-1962）

二．异质结半导体激光器（1963-1977）

2.1 单异质（SH）激光器

2.2 双异质（DH）激光器

三．半导体激光器实用领域的探索（1980-2005）

3.1 光纤通信与半导体激光器的相辅相成

3.2 量子阱能带工程技术的引入

4.1半导体激光器应用的多样化

4.2 半导体激光器的未来发展

结语

参考文献

摘要 双异质半导体激光器，量子阱技术，应变量子阱激光器，DFB激光器，面发射激光器，大功率激光器等等突破性研究成果的面世，使得半导体激光器已经占据了激光领域市场的大壁江山，以及成为了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域不可或缺的存在。本文梳理了1917年—2008年半导体激光器的发展历程，文中包括了半导体激光器大多研究成果，按照时间线对其进行整理。

总的说来，半导体激光器的发展历程可以分为4个阶段

第一．理论准备及起步阶段（1917-1962）。 1962年同质结半导体激光器研制成功。尽管同质结半导体激光器没有实用价值，但是它面世是半导体激光器发展历程中重要的标志，其基本理论是后来半导体激光器前进的基础。

第二．大发展期(1962--1979 长寿命，长波长双异质半导体激光器的面世使得半导体激光器能够满足光纤通信的需求。1978-1979年，国际上关于通过改进器件结构提高器件稳定性，降低损耗的研究成果非常多。由于对AlGaAs—GaAs激光器特性的不断进步的追求，使得这个时期出现了许多新的制造工艺，新的结构理念，为之后发展长波长半导体激光器留下了充足的技术支持。

第三．实用性的初步探索（1980--1990）在这期间半导体激光器的实用领域主要集中于光纤通信领域，由于光纤通信技术的不断发展，使得半导体激光器的发展也极其迅猛。