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半导体激光器的发展过程

2024-7-1 08:51 发布者: update 阅读 881 评论 6

半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，又称为激光二极管。半导体激光器经历了五代的更替，从早期的电光转换效率低、产热高、只能在低温下工作以及阈值电流密度高，现在通过提高工艺手段使其发展成电光转 ...

半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，又称为激光二极管。半导体激光器经历了五代的更替，从早期的电光转换效率低、产热高、只能在低温下工作以及阈值电流密度高，现在通过提高工艺手段使其发展成电光转换效率高，研究不同的热沉材料来实现散热能力强，可以在室温下工作，以及激光器阈值电流变低，使半导体激光器在其他方面有着诸多优势。半导体激光器主要经过以下几个阶段的发展历程：

20 世纪 60 年代初，美国研发出了世界上最早的红宝石激光器，它的出现为半导体激光器的发展奠定了基础。1961 年，美国贝尔实验室研制出了首台气体激光器（He-Ne 激光器），气体激光器的出现引发人们对激光器的研究高潮。1962 年，美国研制出以 GaAs 半导体材料作为工作物质的首台波长为 904nm 的同结质半导体激光器。

但其存在着巨大缺陷，同质结半导体激光器由于受激辐射的阈值电流密度高，导致其在常温中无法工作，散热程度差，光电转换效率低，无法做到在现实生活的真正应用。但它为科研人员研究半导体激光器提供了基本理论基础，推动了半导体激光器的进一步发展。

20 世纪 60 年代末，为了保证半导体激光器在室温下能够顺利运行，以及减少受激辐射的阈值电流，科学家们进行了对异质半导体激光器的深入研究。美国贝尔实验室在 1969 年研制出了 AlGaAs/GaAs 单异质结激光器，与第一代的同质结半导体激光器相比，第二代单异质结激光能够将输入的电子局限于 P 区，从而使得输入的电流强度减少了几个量级，电光转换效率的提高，使输出功率也有所提高，能在室温下使用。

20 世纪 70 年代，由于材料的不断发展和器件制造工艺的不断提高，前苏联国家的研究人员也研发出了双异质结半导体激光器，其波段也得到了扩大。与二代单异质结半导体激光器相比，激光器的临界电流密度下降了一个数量级，而且可以在室温下持续工作。随着双异质结半导体激光器性能进一步提升，使它能够在高温环境中工作。半导体激光器的研究逐渐走向成熟发展阶段。

20世纪80年代，随着 AlGaAs 新材料的发展，高品质 AlGaAs/GaAs 量子阱能被广泛应用于半导体激光器。载流子在量子阱的温度限制效应中极大提升了半导体激光器的发光效果，与双异质结半导体激光器相比，量子阱半导体激光器在阈值电压、产生功率、能量转换效率、温度稳定性等方面，均优于双异质结半导体激光器。半导体激光器的研究已经达到成熟阶段，量子阱在高功率半导体激光器中具有重要作用。

20世纪90年代到21世纪，随着光纤通信的快速发展，半导体激光器已经呈现多样化发展，追求高功率、高亮度的半导体激光器的同时，也实现了光束质量的提高以满足各行各业的发展需求。