半導體激光器的發展與運用

　　1 半導體激光器的歷史

　　半導體激光器又稱激光二極管 (LD)。隨著半導體物理的發展 ,人們早在 20 世紀 50 年代就設想發明半導體激光器。

　　20 世紀 60 年代初期的半導體激光器是同質結型激光器 ,是一種只能以脈沖形式工作的半導體激光器。在 1962 年 7 月召開的固體器件研究國際會議上 ,美國麻省理工學院林肯實驗室的兩名學者克耶斯(Keyes)和奎斯特(Quist)報告了砷化鎵材料的光發射現象。

　　半導體激光器發展的第二階段是異質結構半導體激光器 ,它是由兩種不同帶隙的半導體材料薄層 ,如 GaAs,GaAlAs 所組成的激光器。單異質結注人型激光器 (SHLD)，它是利用異質結提供的勢壘把注入電子限制在 GaAsP 一 N 結的 P 區之內 ,以此來降低閥值電流密度的激光器。

　　1970 年 ,人們又發明了激光波長為 9 000? 在室溫下連續工作的雙異質結 GaAs-GaAlAs( 砷化稼一稼鋁砷 ) 激光器 . 在半導體激光器件中 ,目前比較成熟、性能較好、應用較廣的是具有雙異質結構的電注人式 GaAs 二極管激光器 .

　　從 20 世紀 70 年代末開始 ,半導體激光器明顯向著兩個方向發展 ,一類是以傳遞信息為目的的信息型激光器 ;另一類是以提高光功率為目的的功率型激光器。在泵浦固體激光器等應用的推動下 ,高功率半導體激光器 ( 連續輸出功率在 100W 以上 ,脈沖輸出功率在 5W 以上 ,均可稱之謂高功率半導體激光器 ) 在 20 世紀90 年代取得了突破性進展 ,其標志是半導體激光器的輸出功率顯著增加 ,國外千瓦級的高功率半導體激光器已經商品化 ,國內樣品器件輸出已達到 600W.另外 ,還有高功率無鋁激光器、紅外半導體激光器和量子級聯激光器等等。其中 ,可調諧半導體激光器是通過外加的電場、磁場、溫度、壓力、摻雜盆等改變激光的波長 ,可以很方便地對輸出光束進行調制。

　　20 世紀 90 年代末 ,面發射激光器和垂直腔面發射激光器得到了迅速的發展。

　　目前 ,垂直腔面發射激光器已用于千兆位以太網的高速網絡 ,為了滿足 21 世紀信息傳輸寬帶化、信息處理高速化、信息存儲大容量以及軍用裝備小型、高精度化等需要 ,半導體激光器的發展趨勢主要是向高速寬帶 LD、大功率 LD,短波長 LD,盆子線和量子點激光器、中紅外 LD 等方面發展。

　　2 半導體激光器的應用

　　半導體激光器是成熟較早、進展較快的一類激光器。目前 ,已經廣泛應用于通訊、測距、精密儀器加工 ,光集成的信息存儲和信息處理等。在光纖通訊中 ,半導體激光器是光纖通訊系統的唯一實用化的光源 ,而且光纖通訊已經成為當代通訊的主流。到如今 ,它是當前光通信領域中發展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源。

　　在激光測距中 ,激光測距儀重量輕、體積小、操作簡單速度快而準確 ,其誤差僅為其它光學測距儀的 1/5 到數百分之一 ,因而被廣泛用于地形測量 ,戰場測量 ,坦克 ,飛機 ,艦艇和火炮對目標的測距 ,測量云層、飛機、導彈以及人造衛星的高度等。在精密儀器加工中 ,借助 Q 開關半導體激光器產生的高能量超短光脈沖 ,可以對集成電路進行切割、打孔等。

　　在光集成的信息存儲應用中 ,人們采用短激光波長讀出光盤的內容 ,采用藍、綠激光來提高光盤的存儲密度。在信息處理應用中 ,表面發射半導體激光器二維陣列是光并行處理系統的理想光源 ,且用于光計算機和神經網絡中。此外 ,半導體激光器還運用在環境檢測和醫療中。在環境檢測中 ,通過分析光譜來分析環境氣體 ,從而監測大氣污染、汽車尾氣等。在醫療方面 ,半導體激光除了用于軟組織切除 ,組織接合 ,凝固和汽化等外 ,還用于激光動力學治療 ,將與腫瘤有親和性的光敏物質有選擇地聚集在癌組織內 ,通過半導體激光的照射 ,使癌組織壞死 ,而對健康組織毫無損害。

　　3 結論

　　半導體激光器的波長范圍寬 ,制作簡單、成本低、易于大量生產 ,并且體積小、重量輕、壽命長。因此 ,品種發展快 ,運用十分廣泛。雖然我國半導體激光器的研制和生產技術有了一定的基礎 ,但要與國際上迅速發展的趨勢相比 ,我國還有一些差距 ,這需要我們刻苦專研 ,努力創新。

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