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半导体激光器的工作原理 半导体激光器的优缺点

时间:2023-10-31 17:48:43

半导体激光器的工作原理 半导体激光器的优缺点

小编-林清悦 网络 741 2023-04-04 10:54:10

什么是半导体激光器

半导体激光器又称为激光二极管(LD,Laser Diode),是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。本文将介绍半导体激光器的工作原理和优缺点,希望能对大家有所帮助。

半导体激光(Semiconductor laser)在1962年被成功激发,在1970年实现室温下连续输出。后来经过改良,开发出双异质接合型激光及条纹型构造的激光二极管(Laser diode)等,广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器(激光笔),是生产量最大的激光器。

固态物质中,允许大量电子自由自在地在它里面流动的叫导体;只允许极少数电子通过的叫绝缘体;导电性低于导体又高于绝缘体的叫半导体。激光工作物质采用半导体的激光器叫半导体激光器。

半导体激光器

半导体激光器的工作原理

通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。

尽管半导体本身也是一种固体,而且发光机理就本质上讲与固体激光器没有多大差别。但由于半导体物质结构不同,产生激光的受激辐射跃迁的高能级和低能级分别是“导带”和“价带”,辐射是电子与“空穴”复合的结果,具有其特殊性,所以没有将它列入固体激光器。

半导体激光器的激励方式主要有三种:电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。

电注入式半导体激光器:一般是由GaAS(砷化镓)、InAS(砷化铟)、Insb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射。

电子束激励式半导体激光器:一般用N型或者P型半导体单晶(PbS、CdS、ZhO等)作为工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励。

光泵浦激励式半导体激光器:一般用N型或P型半导体单晶(GaAS、InAs、InSb等)作为工作物质,以其它激光器发出的激光作光泵激励。

目前在半导体激光器件中,性能较好、应用较广的是:具有双异质结构的电注入式GaAs二极管半导体激光器。

半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带,导带上面可以让电子自由运动,而价带下面可以让空穴自由运动,导带和价带之间隔着一条禁带,当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电,而带有电能的电子从导带跳回价带,又可以把电的能量变成光,这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。

半导体激光器

半导体激光器的优缺点

半导体激光器优点:体积小、重量轻、寿命长、结构简单,因此,特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。有些半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长,即所谓的调谐,可以很方便地对输出光束进行调制;半导体激光器的波长范围为0.32~34微米,较宽广。它能将电能直接转换为激光能,效率已达10%以上。所有这些都使它受到重视,所以发展迅速,目前已广泛应用于激光通信、测距、雷达、模拟、警戒、引燃引爆和自动控制等方面。

半导体激光器缺点:激光性能受温度影响大,比如砷化镓激光,当温度从绝对温度77°K变到室温时,激光波长从0.84变到0.91微米。另外,效率虽高,但因体积小,总功率并不高,室温下连续输出不过几十毫瓦,脉冲输出只有几瓦到几十瓦。光束的发散角,一般在几度到20度之间,所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。

总结:大多数半导体激光器都是激光二极管,是由电流泵浦n型掺杂和p型掺杂半导体材料复合区域。但是,也有光学泵浦的半导体激光器,其中载流子由被吸收的泵浦光产生,还有量子级联激光器,利用了带间跃迁。半导体激光器是采用半导体增益介质的激光器,其中在导带具有很高载流子浓度的情况下,会实现带间受激辐射,产生增益。以上就是半导体激光器的工作原理和优缺点的介绍,如果你觉得文章对你有帮助,可以持续关注锐单网站!

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