發布日期：2022-10-09 點擊率：49
半導體激光器又稱激光二極管，是用半導體材料作為工作物質的激光器。由于物質結構上的差異，不同種類產生激光的具體過程比較特殊。常用工作物質有砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。 半導體激光器件，可分為同質結、單異質結、雙異質結等幾種。同質結激光器和單異質結激光器在室溫時多為脈沖器件，而雙異質結激光器室溫時可實現連續工作。半導體二極管激光器是最實用最重要的一類激光器。它體積小、壽命長，并可采用簡單的注入電流的方式來泵浦，其工作電壓和電流與集成電路兼容，因而可與之單片集成。并且還可以用高達GHz的頻率直接進行電流調制以獲得高速調制的激光輸出。由于這些優點，半導體二極管激光器在激光通信、光存儲、光陀螺、激光打印、測距以及雷達等方面得到了廣泛的應用。
半導體激光器是以一定的半導體材料做工作物質而產生激光的器件。.其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶(導帶與價帶)之間，或者半導體物質的能帶與雜質(受主或施主)能級之間，實現非平衡載流子的粒子數反轉，當處于粒子數反轉狀態的大量電子與空穴復合時，便產生受激發射作用。半導體激光器的激勵方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導體激光器，一般是由砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等材料制成的半導體面結型二極管，沿正向偏壓注入電流進行激勵，在結平面區域產生受激發射。光泵式半導體激光器，一般用N型或P型半導體單晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物質，以其他激光器發出的激光作光泵激勵。高能電子束激勵式半導體激光器，一般也是用N型或者P型半導體單晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質，通過由外部注入高能電子束進行激勵。在半導體激光器件中，性能較好，應用較廣的是具有雙異質結構的電注入式GaAs二極管激光器。
半導體激光(Semiconductor laser)在1962年被成功激發，在1970年實現室溫下連續輸出。后來經過改良，開發出雙異質接合型激光及條紋型構造的激光二極管(Laser diode)等，廣泛使用于光纖通信、光盤、激光打印機、激光掃描器、激光指示器(激光筆)，是目前生產量最大的激光器。激光二極體的優點有：效率高、體積小、重量輕且價格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%，P-N型也達到數15%~25%，總而言之能量效率高是其最大特色。另外，它的連續輸出波長涵蓋了紅外線到可見光范圍，而光脈沖輸出達50W(脈寬100ns)等級的產品也已商業化，作為激光雷達或激發光源可說是非常容易使用的激光的例子。
根據固體的能帶理論，半導體材料中電子的能級形成能帶。高能量的為導帶，低能量的為價帶，兩帶被禁帶分開。引入半導體的非平衡電子-空穴對復合時，把釋放的能量以發光形式輻射出去，這就是載流子的復合發光。一般所用的半導體材料有兩大類，直接帶隙材料和間接帶隙材料，其中直接帶隙半導體材料如GaAs(砷化鎵)比間接帶隙半導體材料如Si有高得多的輻射躍遷幾率，發光效率也高得多。半導體復合發光達到受激發射(即產生激光)的必要條件是：①粒子數反轉分布分別從P型側和n型側注入到有源區的載流子密度十分高時，占據導帶電子態的電子數超過占據價帶電子態的電子數，就形成了粒子數反轉分布。②光的諧振腔在半導體激光器中，諧振腔由其兩端的鏡面組成，稱為法布里一珀羅腔。③高增益用以補償光損耗。諧振腔的光損耗主要是從反射面向外發射的損耗和介質的光吸收。半導體激光器是依靠注入載流子工作的，發射激光必須具備三個基本條件：(1)要產生足夠的 粒子數反轉分布，即高能態粒子數足夠的大于處于低能態的粒子數;(2)有一個合適的諧振腔能夠起到反饋作用，使受激輻射光子增生，從而產生激光震蕩;(3)要滿足一定的閥值條件，以使光子增益等于或大于光子的損耗。半導體激光器工作原理是激勵方式，利用半導體物質(即利用電子)在能帶間躍遷發光，用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋，產生光的輻射放大，輸出激光。半導體激光器優點：體積小、重量輕、運轉可靠、耗電少、效率高等。
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