37光电器件基础·第三章 半导体激光器
§3.1 半导体激光器的基础理论
§3.2 半导体激光器的分类
§3.3 半导体激光器的基本结构
§3.4 几种常见的半导体激光器
§3.5 半导体激光器的基本特性
§3.6 量子阱激光器
激光是1964年钱学森首先倡议对LASER一词的意译名。LASER是Light Amplification
by Stimulated Emission of Radiation的首字母缩写，意思是“光的受激发射放大”。激光器是
以发射高亮度光波为特征的相干光源，是一种光频振荡器，或理解为“激光振荡器”。1962
年砷化镓同质结激光二极管实现了脉冲激射。1963年H. Kroeme首先提出了用AlGaAs/GaAs
双异质结构做成激光二极管可以使激射的阈值电流密度大大降低，从而能得到连续的激光
输出的建议。1969年，前苏联的Zh. I. Alferov与其他几位科学家几乎同时独立地得到了
AlGaAs/GaAs异质结激光器的激射，开启了半导体激光器应用的新时代，H. Kroemer和Zh.
I. Alferov因此获得了2000年诺贝尔物理学奖。本章着重介绍半导体激光器的基本原理、基
本结构和基本特性。
半导体激光器又称激光二极管（laser diode，LD），是以半导体材料为工作物质的一类
激光器件。它诞生于1962年，除了具有激光器的共同特点外，还具有以下优点：(1) 体积
小，重量轻；(2) 驱动功率和电流较低；(3) 效率高，工作寿命长；(4) 可直接电调制；(5) 易
于与各种光电子器件实现光电子集成；(6) 与半导体制造技术兼容，可大批量生产。由于这
些特点，半导体激光器自问世以来得到了世界各国的广泛关注与研究，成为世界上发展最
快、应用最广泛、最早走出实验室实现商用化且产值最大的一类激光器。经过40多年的发
展，半导体激光器已经从最初的低温（77K）脉冲运转发展到室温连续工作，工作波长从最
电生磁的材料汇总表
简介
电生磁材料是一类具有特殊电磁性能的材料，其特点是能够在电磁场的作用下产生磁场或者在磁场的作用下产生电流。这种材料在电磁学、能源转换、电子设备等领域具有广泛的应用前景。本文将介绍几种常见的电生磁材料，并对它们的特性进行汇总。
1. 铁氧体（Ferrites）
铁氧体是一类以氧化铁为主要成分的磁性材料，它具有良好的磁滞回线特性和低损耗特性。铁氧体广泛应用于电磁感应、磁控制、变压器等领域。其特点如下：
• 高磁导率：铁氧体具有较高的磁导率，使其在电磁感应中具有优异的表现。
• 高磁饱和磁感应强度：铁氧体具有较高的磁饱和磁感应强度，使其在磁控制中具有良好的线性度和稳定性。
• 低磁滞回线损耗：铁氧体具有低的磁滞回线损耗，使其在变压器等设备中具有较高的效率。
2. 磁电体（Magnetostrictive Materials）
磁电体是一类通过磁场的作用而在尺寸上发生变化的材料。磁电效应使磁场能够被转化为机械运动，具有磁声传感、声发电等应用潜力。其特点如下：
• 高磁电耦合系数：磁电体具有高磁电耦合系数，使其在磁声传感中具有高灵敏度和高精度。
• 良好的机械性能：磁电体具有良好的机械性能，使其在声发电中具有稳定的输出效果。
• 宽工作频率范围：磁电体能够在广泛的频率范围内工作，适用于不同应用场景。
3. 压电材料（Piezoelectric Materials）
压电材料是一类在应力或压力作用下产生电荷的材料，具有电声传感、声发电、电机械转换等应用潜力。其特点如下：
• 高压电常数：压电材料具有高压电常数，使其在电声传感中具有高敏感度和高响应速度。
• 宽工作温度范围：压电材料能够在广泛的温度范围内工作，适用于不同环境条件下的应用。 • 良好的热稳定性：压电材料具有良好的热稳定性，使其在高温环境下仍能保持优异的性能。
4. 热电材料（Thermoelectric Materials）
1
1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
（1） 光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位“ ·
（2） 光电检测技术在日常生活中的应用：
家用电器一一数码相机、数码摄像机：自动对焦一红外测距传感器自动感应灯：亮度检测一光敏电阻
空调、冰箱、电饭煲：温度检测一热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测一光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取一面阵CCD
医疗卫生一一数字体温计：接触式一热敏电阻，非接触式一红外传感器办公商务一一扫描仪：文档扫描一线阵CCD
红外传输数据．红外检测一光敏二极管、光敏三极管
（3） 光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标
光电检测技术应用实例简介点钞机
（1） 激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。山于仿制困难，故用于辨伪很准确。
（2） 红外穿透检测一红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。
（3） 荧光反应的检测一荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。一一人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花）《假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420一460nm的蓝光），人民币则没有荧光反应。
所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。
（4） 纸宽的检测一红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。 （5） 喂钞台、接钞台传感器一红外对管的应用在点钞机的喂钞台和取钞台部分分别有一个作为有无钞票的发射接收红外对管，用来检测是否有钞票放入或取出。
一、绪论
功能材料的性能本质:外界因素（如外力、温度梯度、外加电场磁场、光照等）
作用于某一物体，引起原子、分子或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感
应物理量，感应物理量与作用物理量呈一定的关系。
材料的不同性能都是由其内部结构来决定的，从材料的内部结构来料加工看，可
分为四个层次：原子结构——结合键——原子排列方式——显微组织
材料研究的四要素：性质、结构与成分、合成与加工、使
用性能
一次功能：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于
同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用，称这种功
能为一次功能。以一次功能为使用目的的材料又被称为载
体材料。
二次功能：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起能
量的转换作用，称这种功能为二次功能或高次功能。（功能转换材料）
材料设计可以从电子、光子出发．也可从原子、原子集团出发，可以从微观、显
微到宏观。
金属功能材料的功能设计主要有两个方面：（1）寻找具有特定功能的金属材料；
（2）利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。
无机非金属功能材料的主要代表是功能玻璃和功能陶瓷。
无机非金属功能材料的功能设计：（1）根据功能的要求设计配方；（2）根据功能
的要求设计合适的加工工艺。
功能高分子材料功能设计：（1）通过分子设计合成新功能；（2）通过特殊加工赋
予材料以功能特性；（3）通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料复合
获得新功能；（4）通过对材料进行各种表面处理以获得新功能。
生物医用材料：作为生物体部分功能或形态修复的材料。
能源材料：正在发展，可能支撑新能源体系的建立，满足新能源及节能技术所要
求的一类材料。（新能源材料、节能材料、贮能材料）
智能材料：能够感知环境变化并通过自我判断得出结论并执行相应指令的材料。
（形状记忆合金、压电材料、电（磁）致伸缩材料、光纤和电流变体、
磁流变体）功能材料的现状：
1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、铁电材料、磁性材料、磁信息材料、
