半导体激光器的历史状况及应用

半导体激光器的研究进展摘要：本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。

以及对单晶光纤激光器进行了重点描述，因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，近年来成为新型固体激光源研究的热点。

一、引言。

激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。

半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心，涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术，所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。

半导体激光历经五十余年发展，作为一个世界前沿的研究方向，伴随着国际科技进步突飞猛进的发展，也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。

半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视，不仅在基础科学领域不断研究深化，科学技术水平不断提升，而且在应用领域上不断拓展和创新，应用技术和装备层出不穷，应用水平同样取得较大幅度的提升，在世界各国的国民经济发展中，特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。

本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述，同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，本文也将对其做重点描述。

二、大功率半导体激光器的发展历程。

1962 年，美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。

由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高，需要5 × 104～1 ×105 A /cm2，因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。

从此开始，半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。

1963 年，美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，构成异质结构，以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。

随着异质结材料的生长工艺，如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展，1967年，IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。

半导体激光器的工作原理及应用摘要：半导体激光器产生激光的机理，即必须建立特定激光能态间的粒子数反转，并有合适的光学谐振腔。

由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性，一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处，另一方面所产生的激光光束也有独特的优势，使其在社会各方面广泛应用。

从同质结到异质结，从信息型到功率型，激光的优越性也愈发明显，光谱范围宽，相干性增强，是半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。

关键词：受激辐射；光场；同质结；异质结；大功率半导体激光器The working principle of semiconductor lasers and applications ABSTRACT: The machanism of lasing by semiconductor laser,which requires set up specially designated reverse of beam of particles among energy stages,and appropriate optical syntonic coelenteronAs the specificity of structure from semiconductor and moving electrons.something interesting happens.On the one hand,the specific process in producing lase,on the other hand,the beam of light has unique advantages。

As the reasons above,we can easily found it all quartersof the society.From homojunction to heterojunction,from informatics to power,the advantages of laser are in evidence,the wide spectrum,the semiconductor open the epoch in the process of laser. Key worlds: stimulated radiation; optical field; homojunction; heterojunction; high-power semiconductor laser 0 前言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。

半导体激光器发展历程1962年，美国科学家罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce) 首次提出了半导体激光器的概念。

他认为，利用半导体材料的特异性能可以制造出较小、比固体激光器更稳定的激光器。

在接下来的几年中，中继器、传输器和放大器等元件应运而生。

1962年至1964年期间，一些团队开始进行关键性的探索和实验，在III-V族化合物半导体（如GaAs，InP等）中获得了连续的电注入光发射。

在此基础上，1969年，尤金·斯瓦茨(Eugene Snitzer)首次实现了在GaAs材料中产生的高峰值功率和狭窄线宽的脉冲辐射。

1970年代初，发展了用于通信系统的半导体激光器，使之成为一项成熟的技术。

1970年，展示了一种高效率的AlGaAs DH结构激光器。

1972年，由松村英昭(Eiichi Muramatsu)提出的可见光半导体激光器成功发射出475nm的蓝光。

此后的几年中，各种新的半导体材料和结构被研究和开发，以提高激光器的效率和性能。

1980年代，半导体激光器取得了长足的发展。

具有波尔廷(Lenard)电流注入结构的AlGaAs激光器问世，大大提高了激光器的效率和可靠性。

随着量子阱技术的引入，引发了一系列的研究活动。

1985年，研究人员在成人毛乳头瘤病毒(vaccinia virus)免疫细胞中成功实现了由AlGaAs激光器辐射的低峰值功率红外激光的非线性过程。

1990年代，半导体激光器的发展进入了一个全新的阶段。

量子阱激光器逐渐成为主流技术，取代了传统的双异质结激光器。

具有低阈值电流和高效率的量子阱激光器被广泛用于通信系统、医疗和光存储等应用。

此外，垂直腔面发射激光器(VCSEL)也在1990年代首次实现。

2000年后，随着技术的进步和对性能需求的不断提高，半导体激光器继续发展并应用到更多领域。

高功率半导体激光器、窄线宽和波长可调的半导体激光器、单模式VCSEL和蓝绿光半导体激光器等新技术不断涌现。

半导体激光器的应用半导体激光器的应用摘要：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激光导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展、半导体激光器体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用范围遍及的领域越来越宽广，其的出现带来了巨大的变化，使科技更发达，人们生活更加丰富多彩，应用范围遍及医学、科技、航天交通，通信等各个领域。

自从1962 年世界上第一台半导体激光器(Diode Laser)发明问世以来[ 1] , 由于其体积小、重量轻、易于调制、效率高以及价格低廉等优点, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一. 四十几年来半导体激光器逐步应用在激光唱机、光存储器、激光打印机、条形码解读器、光纤电信以及激光光谱学中, 不断扩大应用范围, 进入了一些其它类型激光器难以进入的新的应用领域.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.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,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.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.电注入式半导体激光器,一般是由GaAS(砷化镓),InAS(砷化铟),Insb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器半导体激光器的原理半导体的能带结构。

半导体激光行业报告激光技术作为一种高精度、高效率的光学技术，在各个领域都有着广泛的应用。

而半导体激光作为激光技术中的重要一环，其在通信、医疗、工业制造等领域都有着重要的地位。

本报告将对半导体激光行业的发展现状、市场规模、技术趋势等进行深入分析，以期为相关行业的发展提供参考。

一、半导体激光行业概况。

半导体激光是利用半导体材料发射激光的一种激光器件。

相比于其他类型的激光器件，半导体激光器件具有体积小、功耗低、寿命长等优势，因此在通信、医疗、工业制造等领域有着广泛的应用。

随着科技的不断进步，半导体激光技术也在不断发展，其在各个领域的应用也在不断扩大。

二、半导体激光行业发展现状。

1. 通信领域。

随着5G技术的不断普及，对于高速、高精度的光通信需求也在不断增加。

半导体激光器件作为光通信中的重要组成部分，其在光纤通信、光纤传感等方面有着重要的应用。

目前，全球各大通信设备厂商都在加大对半导体激光器件的研发投入，以满足日益增长的通信需求。

2. 医疗领域。

在医疗领域，半导体激光器件被广泛应用于医疗诊断、激光治疗等方面。

例如，激光手术、激光治疗等技术都需要半导体激光器件的支持。

随着人们对医疗技术的不断追求，对于半导体激光器件的需求也在逐渐增加。

3. 工业制造领域。

在工业制造领域，半导体激光器件被广泛应用于激光切割、激光焊接、激光打标等方面。

随着工业自动化程度的不断提高，对于高效、高精度的激光器件需求也在不断增加。

因此，半导体激光器件在工业制造领域有着广阔的市场前景。

三、半导体激光行业市场规模。

目前，全球半导体激光器件市场规模不断扩大。

根据市场研究机构的数据显示，2019年全球半导体激光器件市场规模达到了数百亿美元，预计未来几年还将保持较快的增长速度。

其中，通信、医疗、工业制造等领域对于半导体激光器件的需求将会持续增加，为行业的发展提供了良好的市场环境。

四、半导体激光技术趋势。

1. 高功率、高效率。

随着科技的不断进步，对于半导体激光器件的功率、效率要求也在不断提高。

半导体历史状况及应用论文半导体历史状况及应用论文半导体是一类能够在一定条件下既能导电又能绝缘的材料。

半导体技术的发展对现代电子技术、通信技术、信息技术等领域产生了深远的影响。

下面将从半导体的历史状况和应用两个方面展开，进行论述。

一、半导体历史状况半导体的历史可以追溯到19世纪末。

1883年，美国科学家霍尔斯特(Holst)通过对铜砷矿石的研究，首次发现了半导体的性质。

1897年，赖特(Wright)发现了由硒制成的曲面薄膜能够产生电流。

但是，当时对半导体的潜在应用并没有太多认识。

20世纪初，德国科学家恩斯特·约瑟夫·罗素(Ruska)发明了电子显微镜，使得人们可以直接观察到物质的微观结构。

这对于半导体研究起到了重要的推动作用。

此后，人们对半导体材料性质的研究取得了突破性进展。

20世纪50年代，半导体材料的研究进入了一个新的阶段。

德国物理学家布朗(Georg von Bogdanovich Brown)首次提出“掺杂”这个概念，通过在半导体材料中引入杂质元素，改变了材料的导电性质。

这一发现使半导体材料的应用领域得到了极大的拓展。

1951年，美国贝尔实验室的三位科学家肖克利(William Shockley)、巴丁(John Bardeen)和布瑞顿(Walter H. Brattain)合作发明了第一台晶体管，这一发明被认为是半导体技术的重要里程碑。

晶体管的发明使得电子技术进入了一个新时代，开启了半导体技术的广泛应用。

二、半导体应用半导体技术的应用广泛涉及到电子技术、通信技术、信息技术等多个领域。

1. 电子技术领域：半导体是电子器件的重要组成部分。

从最早的晶体管到如今的集成电路，半导体技术在电子技术领域得到了广泛应用。

半导体材料的导电性能可以通过不同掺杂方式进行调控，从而实现不同类型的电子器件。

2. 通信技术领域：半导体技术在通信领域的应用主要体现在光通信领域。

光通信是一种通过光信号进行数据传输的技术，而半导体激光器就是其中的关键设备。

广西师范学院2017年本科毕业论文论文题目中国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）摘要“激光器”其实就是能够产生激光的装置。

作为20世纪以来，目前在人类科技进步史上与原子能，计算机，半导体并驾齐驱的重大发明，激光的许多特性对于社会进步有着巨大的影响。

而半导体激光器是激光器重要的一个分支，也是如今生产量最大，运用最广的激光器。

本文是整理记录中国半导体激光器的发展历程的一篇论文，文中涉及到以下几个方面：一．半导体激光器的基本原理。

本文先对激光，激光器，半导体激光器这三个概念进行了逐步简单的讲解，使读者对于激光，激光器，半导体激光有一个大概的了解，也为下面能更好的了解半导体激光器的发展历程做一个小铺垫。

二．中国半导体激光器从开始到现代的一个发展历程。

该部分分别记录了中国第一台半导体激光器大概的研制进展；文革期间半导体激光器的研究进展；1978年——2010年期间中国半导体研究所取得的成就并分别对着三个时期的时代背景进行了介绍和分析三．影响中国半导体激光器发展的因素及现代半导体激光器的发展方向。

该部分笔者根据查阅资料以及自己的理解，阐述了自己所认为的影响半导体激光器发展的一些因素以及对半导体激光器未来的发展方向的猜测。

关键字：激光半导体激光器时代背景研究成果目录摘要 (1)目录 (2)一、前言 (3)二、半导体激光器的基本原理 (4)2.1 激光基本的原理2.2 激光器2.3半导体激光器的基本原理三、中国半导体激光器的成长史。

(9)3.1 激光到半导体激光器3.2我国第一部半导体激光器的研发3.3 文革中的半导体激光器3.4 现代的半导体激光器的发展（1978—2010）四、影响因素及未来发展 (22)4.1影响中国半导体激光器的因素4.2 未来研究方向结语 (25)参考文献 (26)附录激光发展大事表 (27)中国半导体激光器发展大事表 (28)前言激光，英文名为“laser”。

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，工作波长从最开始的红外、红光扩展到蓝紫光，阈值电流由105 A/cm2量级降至102 A/cm2量级，工作电流最小到亚mA 量级，输出功率从最初的几mW 到现在的阵列器件输出功率达数kW ，结构从同质结发展到单异质结、双异质结、量子阱、量子阱阵列、分布反馈型（DFB ）、分布布拉格反射型（DBR ）等270多种形式，制作方法从扩散法发展到液相外延（LPE ）、气相外延（VPE ）、金属有机化合物淀积（MOCVD ）、分子束外延（MBE ）、化学束外延（CBE ）等多种制备工艺。

半导体激光的应用及其未来发展趋势半导体激光是一种光电子技术，它具有热稳定性好、效率高、尺寸小、寿命长、成本低等优点，被广泛应用于通信、医疗、工业制造、军事设备、商业设备及消费电子等各个领域中。

本文将从这五个应用领域阐述半导体激光的应用及其未来发展趋势。

一、通信领域半导体激光在通信领域中被广泛应用于传输和接收数据的设备中，因为它的波长范围广、频率可调节、光谱纯净、电功率高，能够提高数据传输速度和距离，使得现代通信更加高效和可靠。

未来，半导体激光技术将朝着更高速、更高频率的方向发展，以满足数据传输方面不断增长的需求。

二、医疗领域半导体激光在医疗领域中被广泛应用于激光手术、医疗诊断等方面。

它可以用于治疗白内障、近视、青光眼等眼病，还能用于皮肤美容、皮肤病治疗等方面。

未来，半导体激光技术将更多地应用于医疗领域，如非侵入性治疗、精准医学等方面。

三、工业制造领域半导体激光在工业制造领域中主要用于金属、塑料、陶瓷等材料的制造、切割、焊接、打标、雕刻等方面。

它可以大幅提高工作效率，减少生产流程，降低生产成本，提高产品质量。

未来，半导体激光技术将更多地应用于制造自动化、智能制造等方面。

四、军事设备领域半导体激光在军事设备领域中主要用于激光雷达、光电目标检测、制导、干扰等方面。

它具有高能量密度、高光谱纯度、高频率可调节等特点，能够实现精确制导、防御和攻击，提高军事作战效率。

未来，半导体激光技术将更多地应用于军事智能化、信息化、网络化等方面。

五、商业设备及消费电子领域半导体激光在商业设备和消费电子领域中主要用于激光打印、激光扫描、激光显示等方面。

它可以提高打印、扫描、显示的清晰度和速度，提高使用体验和用户满意度。

未来，半导体激光技术将更多地应用于消费电子领域的高清晰度显示、增强现实、虚拟现实等方面。

综上所述，半导体激光在各个领域中都具有广泛的应用前景，随着技术的不断发展，它的应用范围和应用深度将不断拓展。

未来，半导体激光技术将朝着高速、高精度、小型化、智能化、网络化等方向快速发展，并将在更多的领域中发挥重要的作用。