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半导体激光器的发展

时间:2021-01-07 来源:新特光电 访问量:1101

激光技术作为工业制造领域的一股核心驱动力量,本身也在不断向前发展。总结来说,激光器正在向着“更快、更高、更好、更短”这四大方向发展。

自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它在光电子领域中应用也是非常广泛,已受到世界各国的高度重视。

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。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。

我国在半导体激光行业发展的首要需求是保障国家战略安全。半导体激光器是光通信、激光传感、激光加工、激光泵浦的核心元器件,还可以直接应用于激光雷达、激光测距、激光武器、导弹制导、光电对抗等领域。

从半导体激光器产业与上下游产业的关系来看,其产业带动能力强、先发效应明显,在产品中的性能比重远大于其价格比重。半导体激光器是系统应用的核心竞争力,对器件的功能和可靠性的系统验证又需要长时间、大样本量的闭环优化,试错成本高,形成了较高的“门槛”。在半导体激光器产业成熟的这一过程中,领先者与追赶者的差距被进一步拉大。

我国半导体激光器产业长期处于追赶阶段,在某些领域实现引领是行业发展的迫切需求。从实际出发,针对新应用,开发新器件,占据“先发优势”,是实现超越的有效途径。

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