浅谈半导体激光器及其应用(2)
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【摘要】:三、半导体激光器的发展历史 20 世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器,它是在一种材料上制作的 pn 结二极管。在正向大电流注入下电子不断三、半导体激光器的发展历史
20 世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器,它是在一种材料上制作的 pn 结二极管。在正向大电流注入下电子不断地向 p区注入,空穴不断地向n区注入。于是 ,在原来的pn结耗尽区内实现了载流子分布的反转, 由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快, 在有源区发生辐射、复合,发射出荧光,在一定的条件下发生激光 ,这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器, 它是由两种不同带隙的半导体材料薄层 ,如GaAs, GaAlAs 所组成, 最先出现的是单异质结构激光器(1969 年)。单异质结注入型激光器(SHLD)GaAsP -N 结的 p 区之内 ,以此来降低阀值电流密度, 其数值比同质结激光器降低了一个数量级, 但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作 。
从20世纪70年代末开始,半导体激光器明显向着两个方向发展 , 一类是以传递信息为目的的信息型激光器,另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器 。在泵浦固体激光器等应用的推动下,高功率半导体激光器(连续输出功率在100mw以上,脉冲输出功率在 5W 以上,均可称之谓高功率半导体激光器)。
在 20 世纪90年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出已达到 600W。如果从激光波段的被扩展的角度来看,先是红外半导体激光器,接着是 670nm 红光半导体激光器大量进入应用,接着,波长为650nm、635nm的问世 ,蓝绿光、蓝光半导体激光器也相继研制成功,10mW 量级的紫光乃至紫外光半导体激光器,也在加紧研制中。20世纪90年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展,且已考虑了在超并行光电子学中的多种应用。980nm、850nm和780nm的器件在光学系统中已经实用化。目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络。
四、半导体激光器的应用
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器 ,由于它的波长范围宽, 制作简单、成本低、易于大量生产,并且由于体积小 、重量轻、寿命长,因此,品种发展快,应用范围广,目前已超过300种 。
1、在产业和技术方面的应用
1)光纤通信。半导体激光器是光纤通信系统的唯一实用化光源,光纤通信已成为当代通信技术的主流。
2) 光盘存取。半导体激光已经用于光盘存储器,其最大优点是存储的声音、文字和图象信息量很大。采用蓝、绿激光能够大大提高光盘的存储密。
3) 光谱分析。远红外可调谐半导体激光器已经用于环境气体分析,监测大气污染、汽车尾气等。在工业上可用来 监测气相淀积的工艺过程。
4) 光信息处理。半导体激光器已经用于光信息理系统。表面发射半导体激光器 二 维阵列是光并行处理系统的理想光源,将用于计算机和光神经网络。
5) 激光微细工。借助于Q开关半导体激光器产生的高能量超短光冲,可对集成电路进行切 割、打孔等。
6) 激光报警器。半导体激光报警器用途 甚广,包括防盗报警、水位报警、车距 报警等。
7) 激光打印机。高功率半导体激光器已经用于激光打印机。采用蓝、绿激光 能 够大大提高打印速度和分辨 率。
8) 激光条码扫描器。半导体激光条码扫描器已经广泛用于商品的销售,以及 图书和档案的管理。
9) 泵浦固体激光器。这是高功率半导体激光器的一个重要应用,采用它来取代原来的氛灯,可以构成全固态激光系统。
10) 高清晰度激光电视。不久的将来,没有阴极射线管的半导体激光电视机可以 投放市场,它利用红、蓝、绿三色激光,估计其耗电量比现有的电视机低20%。
2、在医疗和生命科学研究方面的应用[###page###][paragraph]1)激光手术治疗。半导体激光已经用于软组织切除,组织接合、凝固和汽化。普通外科、整形外科、皮肤科、泌尿科、妇产科等,均广泛地采用了这项技术。
2)激光动力学治疗。将对肿瘤有亲合性的光敏物质有选择地聚集于癌组织内,通过半导体激光照射,使癌组织产生活性氧,旨在使其坏死而对健康组织毫无 损害。
3)生命科学研究。使用半导体激光的“光镊”,可以扑捉活细胞或染色体并移至 任意位置,已经用于促进细胞合成,细胞相互作用等研究,还可以作为法医取证的诊断技术。
参考文献:
[1] 江剑平,《半导体激光器》,北京电子工业出版社, 2000
文章来源:《化工学报》 网址: http://www.hgxbzz.cn/zonghexinwen/2020/0910/349.html
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