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半导体激光器的种类 半导体激光器的常见材料

时间:2023-10-31 17:48:40

半导体激光器的种类 半导体激光器的常见材料

小编-林清悦 锐单 464 2023-04-04 11:22:20

半导体激光器是激光器中比较重要的一种,也广泛应用于印刷业和医学领域,半导体激光器是激光器的一种,工作物质是半导体做的,所以就叫激光工作物质,本文将介绍半导体激光器的类型以及激光器的常见材料。


半导体激光器的类型

不同的参数应用到的领域也不同,半导体激光器的的分类标准很多,因此根据不同的分类标准,紛类情况也各不相同,从材料、激射波长、激光器的结构、输出功率、应用领域来对激光器进行分类如下:

1.按波长分类

按激射的波长划分,半导体激光器可分为河见光激光器、红外波长激光器和远红外波长激光器三大类。

可见光激光器有发红光的AlGaAs激光器(720 ~ 760nm)和InGaAIP激光器(630 ~ 680nm),发蓝绿光InGaN激光器(400~ 490nm);

红外波长激光器有0.98μm、1.3μm、 1 .48μm和1.55μm的GalnAsP激光器;

远红外波长激光器有InGaA白s/AIAsSb量子级联(QC)激光器等。

2、按输出功率分类

按输出功率的大小来分,半导体激光器可分为小功率(1 ~ 10mW)激光器和大功率(1~ 10W,甚至100W、10000W或更大)激光器。

如按应用领域来分,半导体激光器则可分为传感用激光器、光盘存储用激光器、光纤通信用激光器、军事用激光器等。

3.按输出方式分类

半导体激光器按照激光输出的形式划分可分为:模块捆绑式输出半导体激光器、插拔式输出半导体激光器、光纤输出半导体激光器和窗口输出半导体激光器等。

4、按材料分类

按半导体激光器有源区的材料来分,大致可以分为三类。

第一类是m-V族材料激光器,如AIGaAs、GalnAsP、GalnAIP、InGaN、 GaN等;

第二类是IIIV1族材料激光器,如ZnSSe、 Zn0等;

第三 类是硅基材料激光器,是用金属键合、质结外延、直接生长等方式,把GalnAsP、 GalnAlP或InP材料生长在Si基芯片上。

在实际的应用中,研究和生产开发Z多的是AIGaAs、GalnAsP和GalnAIP激光器。

5、按结构分类

半导体激光器按结构不同,通常有几种分类方式。如按有源区种类的不同,半导体激光器可分为同质结激光器、郸质结激光器、双异质结激光器、大光腔激光器、分别限制异质结构激光器、单子阱激光器、多子阱激光器、量了线激光器和量子点激光器。

6、按应用领域分类

半导体激光器按照应用领域划分可分为:航空航天、材料加工、生物化学、光纤通信、激光打印、光盘存储、光传感、YL、 军事领域等方面。

7、其他分类

小的边发射激光二极管:产生几个毫瓦的输出功率(或者达到0.5W),光束具有很高的光束质量。它们可以用作激光笔,CD播放器和光纤通信中。

外腔二极管激光器:包含激光二极管作为长的激光腔中的增益介质。它们通常是波长可调的,辐射线宽也很小。

单片和外腔的低功率激光器:都可以进行锁模产生超短脉冲。

大面积激光二极管:产生几个瓦特的输出功率,但是光束质量非常差。

高功率二极管线阵:包含一列大面积发射器,产生光束质量差的几十瓦的输出功率。

高功率堆积二极管:线阵包含二极管线阵的堆积,产生成百上千瓦的极高功率。

边发射激光器(VCSELs):辐射激光的方向垂直于薄片,光束质量很高,约为几毫瓦。

光学泵浦的表面发射外腔半导体激光器(VECSELs)可以产生几瓦的输出功率,光束质量很高,甚至可以实现锁模。

量子级联激光器工作在带内跃迁(而不是带间跃迁),通常辐射中红外光,有时在太赫兹区域。它们可以用于痕量气体分析。


常见的半导体激光器材料

GaAs(砷化镓)

AlGaAs(铝镓砷)

GaP(磷化镓)

InGaP(铟镓磷)

GaN(氮化镓)

InGaAs(铟镓砷)

InGaNAs(铟镓氮砷)

InP(磷化铟)

GaInP(磷化镓铟)

这些都是直接带隙半导体,间接带隙半导体(例如,硅)不能进行强的、有效的光辐射。由于激光二极管的光子能量接近于带隙能量,因此不同带隙能量的组分可以辐射不同的波长。对于三元和四元半导体化合物来说,带隙能量可以连续的在很大范围内变化。例如,在AlGaAs(AlxGa1−xAs)中,提高铝的含量(即增大x)可以提高带隙能量。

总结:大多数半导体激光器是工作在近红外光谱区域,还有一些产生红光(例如,在GaInP激光笔)或者蓝光或者紫光(采用氮化镓)。对于中红外辐射,有硒化铅(PbSe)激光器(铅盐激光器)和量子级联激光器。

除了以上提到的无机半导体,有机半导体化合物也可以用到半导体激光器中。对应的技术还不是特别成熟,但是发展还在继续,为了找到一种大规模生产这种激光器的方法。到目前为止,只存在光学泵浦的有机半导体激光器,但由于各种原因采用电泵浦很难达到很高的效率。

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