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半導體激光器的基本概述

  半導體激光器主要是以半導體材料為增益介質的激光器,借助半導體能帶之間躍遷發光,一般以天然解理面為諧振腔。所以其具有波長覆蓋面廣、體積小、結構穩定、抗輻射能力強、泵浦方式多樣、產出率高、可靠性好、易高速調制等優點,并且也具備輸出光束質量差,光束發散角大,光斑不一樣,受到帶間輻射的影響導致光譜純度差、工藝制備難度高的特點。

  不同半導體工作物質產生激光的過程存在較大差異,當前常見的半導體物質包括了InP(磷化銦)、CdS(硫化鎘)、ZnS(硫化鋅)、GaAs(砷化鎵)等。按照半導體器件不同可以把半導體劃分成單異質結、同質結、雙異質結等。按照輸出功率的不同可將半導體激光器分為小功率半導體激光器與大功率半導體激光器兩種。半導體激光器工作原理在半導體價帶與導帶之間借助激勵方式,實現空穴復合產生受激發射,在這個過程中因為激勵導致的粒子數反轉尤為重要。

  半導體激光器的可靠性在運用中是一個很重要的技術指標。在通信、光存儲等領域,小功率半導體的可靠性已基本解決,工作壽命可達到實用要求。高功率半導體激光器在大電流工作連續輸出時面臨著端面災變性損傷、燒孔、電熱燒毀、光絲效應,及其微通道熱沉的壽命等基礎問題。解決這些問題是通過以下方法:提高晶體生長質量;改善制備方法和封裝技術;增大光斑尺寸;優化傳熱結構與散熱方法等。

  現在國際上半導體激光器研究的重要技術問題是:怎樣同時擁有高功率、可靠性高和高能量轉換效率,另外提高光束質量并有著良好的光譜特性。伴隨著材料生長技術和器件制備方法的發展和進步,新的有源材料不斷出現,更好的器件結構和工藝日趨成熟,半導體激光器的功率、可靠性和能量轉換效率都得到了迅速提高;之前相比于其他激光器的劣勢,如光束質量差、光譜線寬過大等問題也獲得了相當程度的改善,半導體激光器的性能得到不斷的提高,在大多數領域正在逐漸取代其他激光光源,而且其應用價值也越來越廣泛。

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