一、半導體激光器及其原理

　　半導體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等幾種。同質(zhì)結(jié)激光器和單異質(zhì)結(jié)激光器在室溫時多為脈沖器件，而雙異質(zhì)結(jié)激光器室溫時可實現(xiàn)連續(xù)工作。

　　根據(jù)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(fā)光形式輻射出去，這就是載流子的復合發(fā)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(fā)光效率也高得多。

　　半導體復合發(fā)光達到受激發(fā)射(即產(chǎn)生激光)的必要條件是：①粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布分別從P型側(cè)和n型側(cè)注入到有源區(qū)的載流子密度十分高時，占據(jù)導帶電子態(tài)的電子數(shù)超過占據(jù)價帶電子態(tài)的電子數(shù)，就形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)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(fā)射的損耗和介質(zhì)的光吸收。

　　半導體激光器是依靠注入載流子工作的，發(fā)射激光必須具備三個基本條件：

　　(1)要產(chǎn)生足夠的 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，即高能態(tài)粒子數(shù)足夠的大于處于低能態(tài)的粒子數(shù);

　　(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(chǎn)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(zhì)(即利用電子)在能帶間躍遷發(fā)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(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。

　　半導體激光器優(yōu)點：體積小、重量輕、運轉(zhuǎn)可靠、耗電少、效率高等。

　　二、半導體激光器和光纖激光器的不同之處

　　1.介質(zhì)材料不同光纖激光器和半導體激光器的區(qū)別就是他們發(fā)射激光的介質(zhì)材料不同。光纖激光器使用的增益介質(zhì)是光纖,半導體激光器使用的增益介質(zhì)是半導體材料,一般是砷化鎵,銦鎵申等。

　　2.發(fā)光機理不同半導體激光器的發(fā)光機理:是粒子在導帶和價帶之間躍遷產(chǎn)性光子,因為是半導體,所以使用電激勵即可,是直接的電光轉(zhuǎn)換。而光纖不能夠直接實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換,需要用光來泵浦增益介質(zhì)(一般用激光二極管泵浦),它實現(xiàn)的是光光轉(zhuǎn)換。

　　3.散熱性能不同光纖激光器散熱好,一般風冷即可。半導體激光器受溫度影響非常大,當功率較大時,需要水冷。

　　4.主要特性不同光纖激光器的主要特性是器件體積小，靈活。激光輸出譜線多，單色性好,調(diào)諧范圍寬。并且其性能與光偏振方向無關(guān),器件與光纖的耦合損耗小。轉(zhuǎn)換效率高,激光閾值低。光纖的幾何形狀具有很低的體積和表面積,再加上在單模狀態(tài)下激光與泵浦可充分耦合。半導體激光器易與其他半導體器件集成。具有的特性是可直接電調(diào)制;易于與各種光電子器件實現(xiàn)光電子集成;體積小，重量輕;驅(qū)動功率和電流較低;效率高、工作壽命長;與半導體制造技術(shù)兼容;可大批量生產(chǎn)。

　　5.應用不同光纖激光器主要應用于激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻激光打標激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔切割焊接(銅焊、淬水、包層以及深度焊接)、軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設備、大型基礎建設,作為其他激光器的泵浦源等等。半導體激光器在激光測距、激光雷達、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導和跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等方面有廣泛應用。