半導體激光器基礎知識簡(jiǎn)介

　　半導體激光器（激光二極管）

　　半導體激光器又稱(chēng)為激光二極管（LD，Laser Diode），是采用半導體材料作為工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射的一類(lèi)激光器。常用材料有砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦（InP）、硫化鋅（ZnS）。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦激勵三種形式。半導體激光器件，一般可分為同質(zhì)結、單異質(zhì)結、雙異質(zhì)結。同質(zhì)結激光器和單異質(zhì)結激光器室溫時(shí)多為脈沖器件，而雙異質(zhì)結激光器室溫時(shí)可實(shí)現連續工作。半導體激光器的優(yōu)點(diǎn)在于體積小、重量輕、運轉可靠、能耗低、效率高、壽命長(cháng)、高速調制，因此半導體激光器在激光通信、光存儲、光陀螺、激光打印、激光醫療、激光測距、激光雷達、自動(dòng)控制、檢測儀器等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

　　半導體激光器工作原理是：通過(guò)一定的激勵方式，在半導體物質(zhì)的能帶（導帶與價(jià)帶）之間，或者半導體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)（受主或施主）能級之間，實(shí)現非平衡載流子的粒子數反轉，當處于粒子數反轉狀態(tài)的大量電子與空穴復合時(shí)便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導體激光器的激勵方式主要有三種：電注入式、電子束激勵式和光泵浦激勵式。電注入式半導體激光器一般是由GaAS（砷化鎵）、InAS（砷化銦）、Insb（銻化銦）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(jìn)行激勵，在結平面區域產(chǎn)生受激發(fā)射。電子束激勵式半導體激光器一般用N型或者P型半導體單晶（PbS、CdS、ZhO等）作為工作物質(zhì)，通過(guò)由外部注入高能電子束進(jìn)行激勵。光泵浦激勵式半導體激光器一般用N型或P型半導體單晶（GaAS、InAs、InSb等）作為工作物質(zhì)，以其它激光器發(fā)出的激光作光泵激勵。

　　目前在半導體激光器件中，性能較好、應用較廣的是：具有雙異質(zhì)結構的電注入式GaAs二極管半導體激光器。

　　半導體光電器件的工作波長(cháng)與半導體材料的種類(lèi)有關(guān)。半導體材料中存在著(zhù)導帶和價(jià)帶，導帶上面可以讓電子自由運動(dòng)，而價(jià)帶下面可以讓空穴自由運動(dòng)，導帶和價(jià)帶之間隔著(zhù)一條禁帶，當電子吸收了光的能量從價(jià)帶跳躍到導帶中去時(shí)就把光的能量變成了電，而帶有電能的電子從導帶跳回價(jià)帶，又可以把電的能量變成光，這時(shí)材料禁帶的寬度就決定了光電器件的工作波長(cháng)。

　　小功率半導體激光器（信息型激光器），主要用于信息技術(shù)領(lǐng)域，例如用于光纖通信及光交換系統的分布反饋和動(dòng)態(tài)單模激光器（DFB-LD）、窄線(xiàn)寬可調諧激光器、用于光盤(pán)等信息處理領(lǐng)域的可見(jiàn)光波長(cháng)激光器（405nm、532nm、635nm、650nm、670nm）。這些器件的特征是：?jiǎn)晤l窄線(xiàn)寬、高速率、可調諧、短波長(cháng)、光電單片集成化等。

　　大功率半導體激光器（功率型激光器），主要用于泵浦源、激光加工系統、印刷行業(yè)、生物醫療等領(lǐng)域。

　　半導體激光器主要參數：

　　波長(cháng)nm：激光器工作波長(cháng)，例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。

　　閾值電流Ith：激光二極管開(kāi)始產(chǎn)生激光振蕩的電流，對小功率激光器而言其值約在數十毫安。

　　工作電流Iop：激光二極管達到額定輸出功率時(shí)的驅動(dòng)電流，此值對于設計調試激光驅動(dòng)電路較重要。

　　垂直發(fā)散角θ⊥：激光二極管的發(fā)光帶在與PN結垂直方向張開(kāi)的角度，一般在15?~40?左右。

　　水平發(fā)散角θ∥：激光二極管的發(fā)光帶在與PN結平行方向張開(kāi)的角度，一般在6?~ 10?左右。

　　監控電流Im ：激光二極管在額定輸出功率時(shí)在PIN管上流過(guò)的電流。

　　半導體激光器主要向兩個(gè)方向發(fā)展：一類(lèi)是以傳遞信息為主的信息型激光器；另一類(lèi)是以提高光功率為主的功率型激光器。在泵浦固體激光器等應用的推動(dòng)下，高功率半導體激光器取得了突破性進(jìn)展，其標志是半導體激光器的輸出功率顯著(zhù)增加，國外千瓦級的高功率半導體激光器已經(jīng)商品化，國內樣品器件輸出已達到600W。未來(lái)，半導體激光器的發(fā)展趨勢主要在高速寬激光器、大功率激光器、短波長(cháng)激光器、中紅外激光器等方面。