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半导体激光器原理及光纤通信中的应用
半导体激光器是一种利用半导体材料的电子和空穴复合产生光子的器件。
它是一种高效、小型化、低成本的光源，被广泛应用于光通信、激光打印、医疗、材料加工等领域。
半导体激光器的工作原理是利用半导体材料的PN结，在外加电压的作用下，电子和空穴在PN结的结界面处复合，产生光子。
这些光子被反射回来，形成光的共振，从而形成激光。
半导体激光器的优点是功率密度高、发射波长可调、寿命长、体积小、功耗低等。
在光纤通信中，半导体激光器是一种重要的光源。
它可以将电信号转换为光信号，通过光纤传输到接收端，再将光信号转换为电信号。
半导体激光器的发射波长与光纤的传输窗口相匹配，可以实现高速、长距离的光纤通信。
同时，半导体激光器的小型化和低功耗也使得光纤通信设备更加紧凑和节能。
除了光纤通信，半导体激光器还被广泛应用于激光打印、医疗、材料加工等领域。
在激光打印中，半导体激光器可以实现高速、高分辨率的打印，同时也可以实现彩色打印。
在医疗领域，半导体激光器可以用于激光治疗、激光手术等，具有精准、无创、无痛等优点。
在材料加工领域，半导体激光器可以用于切割、焊接、打孔等，具有高效、精准、无污染等优点。
半导体激光器是一种重要的光源，被广泛应用于光通信、激光打印、
医疗、材料加工等领域。
随着科技的不断发展，半导体激光器的性能和应用也将不断提升和拓展。
激光器技术在多模光纤中的应用研究摘要：激光器技术在多模光纤中的应用具有广泛的研究价值和应用前景。
本文将探讨多模光纤中激光器技术在通信、医疗和工业等领域的应用，并介绍其中的原理和技术方法。
通过对现有文献资料的综述和分析，发现激光器技术在多模光纤中的应用研究已经取得了一定的成果，但仍存在一些问题和挑战需要进一步研究和解决。
1. 引言多模光纤是一种能够传输多个模式的光信号的光纤。
激光器作为一种高度相干、高功率的光源，具有很大的潜力在多模光纤中实现高速、远距离的光通信、医疗和工业应用。
本文将以此为研究对象，探讨激光器技术在多模光纤中的应用研究现状。
2. 多模光纤中激光器技术的应用2.1 多模光纤通信系统多模光纤通信系统利用激光器技术产生的高功率激光信号进行光信号传输，实现高速的数据传输。
在传统的多模光纤通信系统中，采用的激光器主要是半导体激光器和氦氖激光器。
然而，这些激光器存在一些问题，如波长偏移、功率损失等。
近年来，研究人员提出了一种基于外腔激光器技术的多模光纤通信系统，在传输效率和传输距离上取得了显著的改进。
2.2 多模光纤激光共振器多模光纤激光共振器是一种基于激光器技术的光源，它利用多模光纤中的多个模式进行激光信号放大，产生高功率的激光输出。
在医疗和工业领域，多模光纤激光共振器可以应用于激光切割、激光焊接、激光打标等多种工艺中。
研究人员通过改进共振腔的设计和匹配不同类型的激光器，使多模光纤激光共振器实现了更高的效率和更稳定的激光输出。
2.3 多模光纤传感多模光纤中的激光器技术还广泛应用于传感领域。
通过利用激光器产生的高精度的激光光束和多模光纤的传输特性，可以实现对温度、压力、形变等参数的高灵敏度检测。
同时，由于多模光纤具有大量的传输通道，可以将多个传感器连接在一根光纤中，实现对多个参数的同时监测。
3. 多模光纤中激光器技术的挑战和问题在多模光纤中应用激光器技术面临一些挑战和问题。
首先，多模光纤中的模式间互相干涉和耦合现象对激光器输出光波的稳定性和光束质量产生了不利影响。
![光纤通信技术的发展史及其现状_论文[1]](https://uimg.taocdn.com/3b1a63fb0242a8956bece43f.webp)
光纤通信技术的发展史及其现状【内容摘要】光纤通信符合了高速度、大容量、高保密等要求，但是，光纤通信能实际应用到人类传输信息中并不是一帆风顺的，其发展中经历了很多技术难关，解决了这些技术难题，光纤通信才能进一步发展。
本文从光源及传输介质、光电子器件、光纤通信系统的发展来展示光纤通信技术的发展。
【关键词】光纤通信技术光纤光缆光有源器件光无源器件光纤通信系统【正文】光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，随着人类技术的发展，其应用越来越广泛，优点也越来越突出。
光纤通信是将要传送的图像、数据等信号调制到光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式。
作为载波的光波频率比电波频率高得多，作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。
将优点突出的光纤通信真正应用到人类生活中去，和很多技术一样，都需要一个发展的过程。
一、光纤通信技术的形成(一)、早期的光通信光无处不在，这句话毫不夸张。
在人类发展的早期，人类已经开始使用光传递信息了，这样的例子有很多。
打手势是一种目视形式的光通信，在黑暗中不能进行。
白天太阳充当这个传输系统的光源，太阳辐射携带发送者的信息传送给接收者，手的动作调制光波，人的眼睛充当检测器。
另外，3000多年前就有的烽火台，直到目前仍然使用的信号灯、旗语等都可以看作是原始形式的光通信。
望远镜的出现则又极大地延长了这类目视形式的光通信的距离。
这类光通信方式有一个显著的缺点，就是它们能够传输的容量极其有限。
近代历史上，早在1880年，美国的贝尔（Bell）发明了“光电话”。
这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的变化而变化，实现话音对光强度的调制。
在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换为电流传送到受话器。
光电话并未能在人类生活中得到实际的使用，这主要是因为当时没有合适的光源和传输介质。
半导体激光光束准直技术研究一、激光光束的准直到底是什么？先别着急，我们先从头说起，激光光束是什么？你肯定知道，激光就像是那种从遥控器里射出来的光一样，虽然它很小很细，但却有着超强的穿透力。
那准直呢？简单来说，就是让这些“调皮”的激光光束朝一个方向整齐划一地跑，不让它们左跑右跑，甭管是短的还是长的，它们都得按照统一的步调前进。
想象一下，如果你拿着激光笔瞄准远处的某个小点，激光光束如果不准直，准不准打到那个点那还得看运气了。
这对于半导体激光器来说可就不是一个简单的事儿了。
半导体激光器是把电能转化成光能的机器，是很多设备里不可或缺的核心部分。
可是，它发出来的激光光束总是有点“小脾气”，有时会有点发散，光束不够集中的时候，就会影响到它的表现。
比如，如果用在光通信中，信号不集中就会影响到传输的质量。
所以，我们需要研究怎么把这些光束“训得服服帖帖”的，乖乖地听话。
二、为什么准直技术这么重要？这就像是你开车，如果前方的路标方向不清晰，那你开车能直行吗？肯定不行！同样的道理，激光光束如果不准直，它的应用效果就大打折扣了。
很多时候，我们用激光的地方，比如激光切割、激光打印、激光测距，这些都需要激光光束具备很高的准直性，不然光束分散了，结果可能连切个东西都切不好，打印也可能歪歪扭扭的，测距直接算错。
干一件事如果光是“乱跑”，那效果肯定不行。
而且准直性好的激光光束，还能节省很多不必要的能源浪费。
想象一下，光束发散了，射出来的能量就被浪费掉了，这不仅影响效率，还可能增加设备的负担。
举个简单的例子，如果你拿一支照明灯，在很远的地方用它照射，你肯定不希望光束像烟雾一样散开，最好能集中在一个地方，让远处的人一眼看到你的光，而不是把所有的光都浪费在空气中。
三、常见的准直技术有哪些？那我们到底该怎么做才能让这些“任性”的激光光束变得乖巧呢？准直技术的方法有很多。
先说说最常见的一种：使用光学元件。
比如镜头、透镜等等，这些东西可不是摆设，它们通过改变激光光束的传播路径，让光线更加平行。
半导体激光器件中的调制与调谐技术研究激光器是一种产生高强度、高单色性、高相干性光束的装置。
它在许多领域中都有广泛的应用，包括通信、医疗、材料加工等。
在半导体激光器件中，调制与调谐技术是提高激光器性能和应用的关键。
半导体激光器件的调制技术主要是指通过改变激光器的输出光强或相位来传输信息。
光强调制是最常见和广泛应用的技术之一。
它使用电信号来调制激光器的输出光强，从而实现数字信号的传输。
常见的光强调制技术包括直接调制、外差调制和间歇调制。
直接调制是一种简单且经济的调制技术，它直接在激光器的注入电流中传输数字信号。
通过改变注入电流的大小和时间来调制激光器的输出光强。
直接调制的优点是简单、快速，并且能够支持高速传输。
然而，它也存在一些缺点，如带宽限制、调制深度受限等。
外差调制是一种常见的调制技术，它通过将激光器的输出光强与一个调制信号混合来实现调制。
外差调制可以提供较高的调制深度和较宽的调制带宽，因此在高速通信和光纤通信中得到广泛应用。
然而，外差调制也存在一些问题，如非线性失真、功耗较高等。
间歇调制是一种将激光器的输出光强在时间上进行调节的技术。
它通过在激光器中引入一个电开关来控制激光器的开关状态，从而实现调制。
间歇调制的优点是具有高调制深度和较宽的调制带宽，同时也能够实现低功耗和快速响应时间。
然而，间歇调制也存在一些问题，如调制速率受限、非线性失真等。
除了调制技术，调谐技术是半导体激光器件中另一个重要的研究方向。
调谐技术主要是指通过改变激光器的工作参数来实现光频的调谐。
在通信系统中，光频调谐技术能够实现波长选择和多路复用。
常见的调谐技术包括温度调谐、注入电流调谐和光注入调谐。
温度调谐是一种常见且简单的调谐技术，它通过改变激光器的工作温度来实现光频的调谐。
通过控制温度变化来改变激光器的光频输出。
温度调谐可以实现较大范围的频率调谐，但调谐速度较慢，调谐精度受限。
注入电流调谐是一种通过改变激光器的注入电流来调谐光频的技术。
半导体激光器（济南福来斯光电技术有限公司，**************）1 前言当前人类正进入信息和智能化的时代。
以光电子、微电子为基础的通信和网络技术已成为高技术的核心，正在深刻地影响着国民经济、国防建设的各个领域，成为世界发达国家竞相发展的高新技术，其中以半导体激光器起着举足轻重的作用。
20世纪60年代到20世纪70年代[1-5]经过各国科学家的不懈努力，实现了半导体激光器的室温、连续激射后，开创了半导体激光器的发展的新时期。
以其转换效率高、体积小、重量轻、寿命长、能直接调制等特点成为信息技术的关键器件。
其发展速度之快、应用范围之广、波长覆盖范围之宽都是任何其它类型激光器所不能比拟的。
目前已经是光纤通信、光纤传感、光盘信息存贮、激光打印和印刷、激光分子光谱学以及固体激光器泵浦（DPSSL）和光纤放大器（SLA）泵浦中不可替代的光源。
随着它的输出功率和相干性的不断提高，它也在材料加工、精密测量等方面一展宏图，显示出巨大潜力，正在迅速占领过去由气体和固体激光器占领的一些市场。
据统计国内半导体激光器的市场占有率正逐年递增，从90年代初期的不足10%到目前80%以上。
对于半导体激光器在任何领域的应用，总希望其能长期可靠的工作，例如海底通信系统由于维修更换成本很高，因此要求器件可靠工作20年以上[6]，而影响维修周期长短的关键器件就是半导体激光器的工作寿命。
因此从90年代初发达国家开始对半导体激光器的可靠性和寿命测试方法开始研究。
这些研究归纳起来有两种：第一、加速寿命测量法：如热应力加速测量法[7-9]、电应力加速测量法（包括大电流加速[10]和静电冲击[11]）等等。
第二、激光器参数测量法[12]：如电导数测量法、热阻测量法。
确定器件的可靠性和寿命原则上应在特定的工作条件下（电流、功率、温度等）对器件进行考核，直至器件失效。
对于高可靠性的电子元器件进行长时间的寿命试验，无论从成本还是时间上来看，都是不合算的，甚至是不可能的。
第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月高功率半导体激光器技术发展与研究刘国军，薄报学，曲轶，辛德胜，姜会林(长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林长春130022)摘要：高功率半导体激光器及阵列具有可用激光波长丰富、电光转换效率高、调制特性好等许多优点，特别是作为固体激光器和光纤激光器的高效率泵浦源而获得的全固态紧凑型激光器，持续受到极大的关注，得到快速发展。
近年来在高功率阵列半导体激光器模块化技术、超高效率、高效冷却技术、半导体激光器及阵列的光束质量优化、高效电源驱动技术等方面都取得了长足的进步，促进了其广泛应用。
将结合高功率半导体激光国家重点实验室的研究工作，概述近年来国内外半导体激光器技术的研究进展状况和发展趋势。
关键词：高功率；半导体激光器；阵列；效率中图分类号：TN248．4文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(激光)．0004-03T T●l●1J●t=U2n D O W er Se nU C onnU C t or I aSe瑙L脚G uo-j髓，B O B∞妯e，Q U Y l，ⅪN D e-s heng，J L悄G H ui-l i n删硐伽l al l‘ey【丑b of碰gh Pow盯ScnIi c∞du咖La∞r’a瑚gch蚰U IIi V e巧i t y o f Sci en∞锄d1幻hn ol ogy'C h柚gch眦13∞22’C蚰埝)A bs衄I ct：Hi gh pow er∞I I l i conduct or l舔er s，舔m e m ost i dea l pum pi ng s ourc e f or al l-s oⅡd com pa ctl嬲er s s uch a s sol i d s ta_te l a se r aI l d助er l as er'have gai ned e V er r叩i d de V el opm ent due t0吐l e i r w avel engt t l t I l皿abm t y，l l i gh ef!f i ci ency卸d good m odul at i on pr o叫y．hl m c ent year s，gr eat progr ess has bee n ac l l i e V e di n l l i gh pow er s el Il i conduct or l懿er m odul ar t e chIl i que，supe r-l l i gh eff i ciency，em ci ent c oohng t ecl l I l0109y’l舔e r be锄咖nsf b衄at i on aI l d hi gh ef!f i c i enc y dri V i ng t echI l ique．7m s r eporc w i l l addres s t l le i nt em at i onal 锄d dom es t i c r es ear ch act i V i t i es i n l l i gh pow er s砌conduct or l a ser s t ecb皿ol ogy and fut Il陀pros pec t s，w i t t l ourow n r e se铷_c h a s bas i c r ef色r℃nce．K e y w or ds：H i gl l pow er；Sel ni c∞duc缸l姻l r；加r ay；E伍ci饥cyO引言半导体激光器(L D)及其阵列具有高效率、结构简单、体积小、质量轻、调制效率高等优点，在国防、工业、科研、民用领域都得到了广泛的应用。
940nm半导体激光泵浦固体激光器研究的开题报告
1. 研究背景
半导体激光泵浦固体激光器是一种将半导体激光器的输出光通过光纤耦合到固体激光介质中，利用反转粒子数达到激光放大并输出的固体激光器。
940nm波长的半导体激光器在医疗设备、激光加工、激光雷达等领域有着广泛的应用，而利用其进行固体激光器泵浦的研究也具有很高的应用价值。
2. 研究目的
本研究旨在利用940nm半导体激光泵浦固体激光器，研究其在医疗设备中的应用，探索其在激光治疗、激光手术等方面的应用。
3. 研究内容
（1）制备940nm半导体激光泵浦固体激光器
制备出具有较高效率、较低损耗的940nm半导体激光泵浦固体激光器，实现其工作稳定、输出功率较高，为后续实验提供基础保证。
（2）探索激光治疗方面的应用
利用940nm半导体激光泵浦固体激光器，探索其在医疗设备中激光治疗方面的应用，例如肝硬化、癌症和伤口愈合等方面。
（3）探索激光手术方面的应用
利用940nm半导体激光泵浦固体激光器，探索其在医疗设备中激光手术方面的应用，例如皮肤切割、肝脏切割等方面。
（4）实验验证
在激光治疗和激光手术方面进行实验验证，记录实验结果并进行数据分析，为研究提供可靠的数据支持。
4. 研究意义
本研究可提高940nm半导体激光泵浦固体激光器的应用水平，拓展医疗设备的应用领域，使其在医疗治疗和手术中发挥更大的作用。
同时，也可推动固体激光器相关技术的发展。
摘要：光纤激光器技术是光学领域最为重要的技术之一，作为第三代激光技术的代表，其稳定性好、效率高、阈值低、线宽窄、可调谐、紧凑小巧和性价比高等优点，使得它在光纤传感、光纤通信、工业加工等领域都有着重要的应用。
而掺镱双包层光纤激光器是国际上近年来发展的一种新型固体激光器。
本文就介绍了这种高功率掺镱双包层光纤激光器，主要介绍了高功率掺镱双包层光纤激光器的概念、发展历史及发展现状、基本原理、优点、实现的关键技术、应用及其广阔的前景。
同时总结出了未来光纤激光器的发展方向，并且可以预计光纤激光器最终将可能会替代掉全球大部分高功率CO2激光器和绝大部分YAG激光器。
关键词：光纤激光器；掺镱双包层光纤激光器；光纤融合技术；激光加工。
引言光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，虽然光纤激光器得到了社会各方面的广泛重视，但是光纤激光器并不是新型光器件。
1961年，美国光学公司的Snitzer和Koester等在一根芯径300um的掺Nd3+玻璃波导中进行试验观察到了激光现象，并与1963年和1964年发表了多组分玻璃光纤中的光放大结果，提出了光纤激光器和光纤放大器的思想。
1975～1985年中有关这个领域的文章较少，不过在这期间许多发展光纤激光器的必须工艺技术已趋于成熟[1]。
上个世纪80年代后期，美国Polaroid公司提出了包层抽运技术，之后双包层光纤激光器，特别是掺镱双包层光纤激光器发展非常迅速。
1994年，PASK等首先在掺Yb3+石英光纤中实现了包层抽运，得到了0.5W的最大激光输出。
1998年，Lucent技术公司的KOSINKI和INNISS报道了一种内包层截面形状为星形的掺Yb3+双包层光纤激光器，得到了20W的激光输出。
1999年，DOMINIC等用4个45W的半导体激光二极管阵列组成总功率为180W的抽运源，在1120nm得到110W的激光输出。
2002年，IPG公司公布了2000W的掺Yb3+双包层光纤激光器。
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 基于ZEMAX研究微球透镜的耦合效率摘要半导体激光器与光纤耦合技术作为一种重要技术，已经发展到一个比较成熟的阶段，广泛应用于光纤通信、光纤传感等．本文以半导体激光器的光束特性和光纤的传输特性，以及半导体激光器和光纤耦合方式的概括，微球透镜特性的论述为知识基础，基于光学设计软件ZEMAX，在微球透镜的折射率、色散系数，激光器发射光场的参数等条件都确定的情况下，着重分析微球透镜与激光器之间距离的变化对耦合效率的影响。
通过ZEMAX软件模拟分析，可以找出激光源与球透镜表面的距离的最佳位置使得此处会出现所有不同位置的耦合效率的最大值。
关键词半导体激光器微球透镜光纤耦合ZEMAX最大耦合效率7086毕业设计说明书（论文）外文摘要1 / 17TitleResearching the micro-ball lens’coupling efficiency based on ZEMAX.AbstractSemiconductor lasers and fiber coupling technology has developed into a more mature stage as an important technology. And it has been widely used in optical fiber communication, optical fiber sensing and so on.This article is based on the beam characteristics of the semiconductorlaser and fiber transmission, the epitome of semiconductor lasers and fiber-coupled way, and the discussion of micro-ball lens characteristics.Depending on the optical design software, ZEMAX, we analyzed theinfluence of the distance between the micro-ball lens and the laser on the coupling efficiency, in the condition that the refractive index and dispersion---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------coefficient of the micro-ball lens, and the laser emission of light field parameters are identified. By ZEMAX software’s analysis, we can find out the best position to make here be the maximum coupling efficiency of all the different locations of the distance between the laser source and the ball lens surface.2、半导体激光器的光束特性半导体激光器的输出光场分布可以分别用远场和近场特性来描述。
460nm激光器的耦合效率理论说明1. 引言1.1 概述本文旨在对460nm激光器的耦合效率进行理论说明。
近年来，激光技术的发展迅猛，其中460nm激光器作为一种重要的光源，在多个领域应用广泛。
然而，在实际应用中，提高激光器的耦合效率是一个关键问题。
因此，本文旨在深入分析460nm激光器的耦合效率，并探讨影响其耦合效率的因素。
1.2 文章结构本文主要分为以下几个部分：引言、理论说明、实验设计与结果分析、应用与展望以及结论部分。
在引言中，我们将介绍文章的背景和目的；在理论说明部分，我们将详细说明460nm激光器的基本原理、耦合效率的定义与意义以及影响耦合效率的因素；在实验设计与结果分析部分，我们将描述实验方案设计、数据采集与处理方法以及结果分析与讨论；在应用与展望部分，我们将探讨460nm激光器在不同领域中的广泛应用以及进一步提高耦合效率的方法；最后，在结论部分，我们将总结研究结果并给出未来研究方向的展望和建议。
1.3 目的本文的目的是深入探讨460nm激光器的耦合效率，通过理论说明和实验分析，全面了解影响耦合效率的因素，并提出相应的解决方法。
通过本文的研究，旨在推动460nm激光器在各个领域中的应用，并为进一步提高其耦合效率提供参考和指导。
2. 理论说明2.1 460nm激光器基本原理460nm激光器是一种可见光激光器，其工作原理基于半导体材料的电子能级跃迁。
在460nm波长范围内，常用的半导体材料包括氮化镓（GaN）。
通过向GaN 材料中注入电流，激发电子从价带跃迁到导带，产生过度发射光子。
这些光子经过优化的腔体反射和放大过程后形成一束高亮度、高纯度、单色性较好的460nm 激光。
2.2 耦合效率的定义与意义耦合效率是指输入功率与输出功率之间的比值，用来描述能量从激光器传输到外部耦合系统（如波导或纤维）的效果。
耦合效率直接影响着激光器系统的性能和应用效果。
高耦合效率能够最大限度地将激光能量引导到外部系统中，并减少能量损失，提高整个系统的效率。
河北科技大学光电子技术结课论文半导体激光器原理及在光纤通信中的应用学生姓名张青（09L0704216）杨豪杰（09L0704214）刘腾（09L0704208）学生专业电子科学与技术班级 2摘要: 本文就半导体激光器介绍了半导体激光器的工作原理，较详尽地阐述了它在光纤通信中的应用情况。
关键词：半导体激光器谐振腔泵浦源工作物质光纤通信 WDM 激光技术; 半导体激光一、半导体激光器1.什么叫激光激光的英文叫Laser lightamplification by stimulated emission ofradiation. 就是通过受激发射实现光放大。
光通过谐振腔的选模作用和增益介质的放大作用，经过震荡和放大，实现拥有单色性、准直性、相干性非常好的光束，这个就是激光。
激光器有很多种类型，但他的必要组成部分无外乎：谐振腔、增益介质、泵浦源。
2、半导体激光器的工作原理2.1基本条件：（1）有源区载流子反转分布（2）谐振腔：使受激辐射多次反馈，形成振荡（3）满足阈值条件，使增益>损耗，有足够的注入电流。
2.2工作原理半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。
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。
理论上认为半导体激光器应该是在直接带隙半导体PN结中．用注入载流子的方法实现由柏纳德——杜拉福格条件所控制的粒子数反转；由高度简并的电子和空穴复合所产生的受激光辐射在光学谐振腔内振荡并得到放大，最后产生相干激光输出。
直接半导体光纤耦合激光器
1、 IPG光纤激光器原理
如下图1所示光纤激光器的工作原理如下：输入的三相电进入激光器主电源，转换成
60VDC...75VDC的直流电，为泵浦激光二极管(半导体激光)供电泵浦光二极管输出980nm的
泵浦光，泵浦光光纤耦合到有源光纤中，有源光纤掺杂了稀土元素镱离子Yb，镱离子Yb吸
收980nm的泵浦光，其内层电子被激发到外层，外层电子不稳定，会回落内层，期间产生
10701nm的光子，光子在光纤内被两个反射器件持续反射增强，形成激光输出。
图1 掺杂Yb稀土离子的双包层光纤泵浦示意图
IPG光纤激光器采用双向泵浦结构，可以将多个半导体(LD)泵浦模块耦合到一根光纤中，
大大提高了激光输出功率，见下图2所示。
图2 IPG光纤激光器泵浦结构原理图
2、 半导体激光器
半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器，并可采用简单
的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还
可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。
半导体激光器可以采用注入电流泵浦的方式，直接将电能转化为光能输出，具有体积小、
重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等优点。上图3是半导体激光器的结构，通过直接电流
注入的方式，使有源层中的载流子(空穴和电子)束缚在有源层中，实现粒子数翻转，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产生激光。
图3 半导体激光结构
受到半导体器件尺寸的影响，单条半导体激光器很难做到千瓦级别，因此大功率半导体
激光器通常由多个半导体激光发光单元通过一维阵列（bar）或多维阵列（stack）叠加而成，
但是大口径光学系统在进行光束整形和聚焦时必定带来较大的像差，影响聚焦光斑的大小，
因此提高半导体激光器的功率和改变光束质量是密不可分的。
下表1是不同类型的半导体激光器的结构类型，以及所报导的输出功率。
表1 不同结构的半导体激光器的类型以及输出功率
半导体激光器类型 示意图
已报导的最高输出
功率
单管结构
最高可达75W(美国
Alfalight公司)
单bar结构 商用产品报导最大150W(德国QILAS公
司)
叠阵stack结构 可达千瓦级以上。
2.1半导体激光器的优点。
与其他激光器（气体、固体、光纤激光器）相比，半导体激光器有着许多不可比拟的优
势：
（1） 电—光转换效率高：半导体激光器属于直接电—光转换型光电器件，量子效率很高，
虽然受到自发辐射、非辐射复合等过程的影响，但总的电—光转换效率依然普遍能
达到50%以上，最高甚至可以达到70%。
（2） 工作寿命长：半导体激光器可靠性高，在连续工作的情况下可靠工作时间达到上万
个小时。
（3） 波长覆盖范围大：半导体激光器是除气体激光器外，输出波长覆盖范围最大的直接
出射激光器，通过调整有源区的半导体化合物组成成分可以实现从红外到远红外波
段的输出，其中半导体激光器可以直接出射金属吸收率很高的9XXnm波长激光。
（4） 能够直接电调制：半导体激光器属于电激励型激光器，当注入电流大于阈值时便能
出射激光，因此通过对注入电流的调制，则可以很容易的实现对输出激光的相位、
重复频率和强度的控制。
（5） 异于集成、体积小、结构紧凑、成本低：半导体激光器是通过材料生长、光刻等现
代工艺技术设备而成，能够实现大批量的规模化生产，因此价格便宜；同时半导体
激光器芯片很小，即使加上封装结构，常用的半导体激光器体积也不过十几立方厘
米，这样紧凑性结构很适合在集成系统里使用。
上表2列出了不同类型的激光器在工业加工中使用参数，对比可以发现半导体激光器在
成本、维护、效率、寿命、尺寸具有极大的优势。
表2 不同类型的激光器的激光器在材料加工中的参数
2.2 直接半导体光纤耦合激光器
直接半导体光纤耦合激光器，是指通过特殊的光学系统对半导体激光器出射的激光进行
光束质量的改善，并在满足光纤耦合的条件后，通过聚焦把激光耦合进光纤进行传输的半导
体激光器模块。通过光纤耦合传输的半导体激光器除了具备上述半导体激光器的众多优点
外，还可以实现远距离柔性传输、光束质量好、亮度高、抗干扰能力强、使用方便、输出光
斑圆形对称且均匀等特点，因此被广泛应用于各个领域。
2.2.1国内外研究现状
由于直接半导体光纤耦合激光的众多突出的优点和重要性，欧美等发达国家很早就开始
了这一方面的研究工作。先进的材料技术、器件设计和加工水平，使得他们在该领域一直处
于世界领先地位。国内对于直接半导体光纤耦合的研究相对较晚，并且开展的单位较少，目
前研究水平与国外相比任然有很大的差距。国内的主要研究结构和公司有北京工业大学、长
春理工大学、中科院长春光机所、西安聚光科技、北京凯普林公司汉凌云光电有限公司、武
汉锐科公司等，其中武汉锐科公司是目前国内在大功率输出方面做的最好的单位之一，其所
研制的915nm光纤耦合模块600μm/0.22NA光纤输出功率可以达到2000W。
下表2列出了国内外主要研究结构报导的直接半导体光纤耦合激光器的光学参数，其中
美国TeraDiode公司采用Stacks结构，输出功率达到2030W，光束质量优化到3.75mm*mrad。
表2 直接半导体光纤耦合激光器国内外研究进展
2.2.2发展趋势
随着应用需求对光源的要求越来越高，同时也促进着直接半导体光纤耦合激光器的发
展，未来的发展趋势主要在一下几个方面。
（1） 大功率输出：激光熔覆、表面硬化等领域对光束质量要求不高，对光束波长，没要
求，但是要求激光输出功率很高，已达到金属等材料表面熔化的目的，目前在输出
总功率方面，直接半导体光纤耦合激光器相对于CO2激光器、固体激光器等依然偏
低。
图4 工业应用于光源光束质量和输出功率的关系
（2） 高亮度输出：激光切割、穿透焊接等应用，不但要求功率较高，同时要求聚焦光斑
足够的小，以便做局部范围的精细处理，也就是要求光源具有高光束质量、高亮度
的输出。
（3） 波长稳定：从作为泵浦光源的角度看，半导体激光器的另一个缺点是光谱较宽，波
长随有源区的温度变化而漂移，漂移量可达10nm或以上。而固体增益介质的吸收
谱线很窄，因此窄化和稳定泵浦光的波长将有利于大大提高增益介质的吸收利用率。
