人妻少妇精品视频专区_极品白嫩的小少妇_少妇高潮尖叫黑人激情在线_国产国拍亚洲精品Mv在线观看

?
半導體激光器的原理及其應用
來源: 閱讀:731 發(fa)布(bu)時間:2020-11-25 10:43:34
半導體激光器的原理及其應用

一、半導體激光器

半(ban)導(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)是以直接帶(dai)隙半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材料構成的(de)(de)(de)(de)(de) Pn 結(jie)或 Pin 結(jie)為(wei)(wei)工作物質的(de)(de)(de)(de)(de)一種(zhong)小型化(hua)(hua)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)。半(ban)導(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)工作物質有幾十種(zhong),目前已(yi)制成激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材料有砷化(hua)(hua)鎵、砷化(hua)(hua)銦(yin)、銻(ti)化(hua)(hua)銦(yin)、硫(liu)化(hua)(hua)鎘、碲(di)化(hua)(hua)鎘、硒化(hua)(hua)鉛、碲(di)化(hua)(hua)鉛、鋁鎵砷、銦(yin)磷砷等。半(ban)導(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)(ji)(ji)勵方式主要有三種(zhong),即(ji)(ji)電注入式 、光(guang)(guang)(guang)(guang)泵式和(he)高能(neng)電子束激(ji)(ji)(ji)(ji)勵式。絕大多數半(ban)導(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)(ji)(ji)勵方式是電注入,即(ji)(ji)給 Pn 結(jie)加正(zheng)向(xiang)電壓,以使在結(jie)平(ping)面區(qu)域產生(sheng)受(shou)激(ji)(ji)(ji)(ji)發(fa)射 ,也就是說是個(ge)正(zheng)向(xiang)偏置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)二(er)極管(guan) 。因(yin)此(ci)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)又(you)稱為(wei)(wei)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)二(er)極管(guan)。對半(ban)導(dao)體(ti)(ti)來說,由于(yu)(yu)電子是在各(ge)能(neng)帶(dai)之間進(jin)行(xing)躍遷(qian) ,而不是在分立的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)級(ji)之間躍遷(qian),所(suo)以躍遷(qian)能(neng)量不是個(ge)確定(ding)(ding)值, 這(zhe)使得半(ban)導(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)輸出(chu)波長展布在一個(ge)很寬(kuan)的(de)(de)(de)(de)(de)范圍上(shang)。它們所(suo)發(fa)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)波長在0.3~34μm之間。其(qi)波長范圍決定(ding)(ding)于(yu)(yu)所(suo)用材料的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)帶(dai)間隙 ,常見(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)是AlGaAs雙異質結(jie)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi),其(qi)輸出(chu)波長為(wei)(wei)750~890nm。

半(ban)(ban)(ban)(ban)導體激(ji)光(guang)器制作(zuo)技(ji)術(shu)經歷了由擴散法到(dao)液相(xiang)(xiang)外延法(LPE), 氣(qi)相(xiang)(xiang)外延法(VPE),分子(zi)(zi)束(shu)外延法(MBE),MOCVD 方(fang)法(金屬有(you)機化(hua)合物汽相(xiang)(xiang)淀積(ji)),化(hua)學(xue)束(shu)外延(CBE)以(yi)及(ji)它們的(de)各種(zhong)結合型(xing)等多種(zhong)工(gong)藝(yi)。半(ban)(ban)(ban)(ban)導體激(ji)光(guang)器較大(da)的(de)缺點是(shi):激(ji)光(guang)性能(neng)受溫(wen)度(du)影響大(da),光(guang)束(shu)的(de)發(fa)(fa)散角較大(da)(一般在幾度(du)到(dao)20度(du)之(zhi)間),所以(yi)在方(fang)向(xiang)性、單色性和相(xiang)(xiang)干性等方(fang)面較差。但隨著科學(xue)技(ji)術(shu)的(de)迅(xun)速發(fa)(fa)展(zhan)(zhan), 半(ban)(ban)(ban)(ban)導體激(ji)光(guang)器的(de)研究正向(xiang)縱深方(fang)向(xiang)推進 ,半(ban)(ban)(ban)(ban)導體激(ji)光(guang)器的(de)性能(neng)在不斷地提高(gao)。以(yi)半(ban)(ban)(ban)(ban)導體激(ji)光(guang)器為核心的(de)半(ban)(ban)(ban)(ban)導體光(guang)電(dian)子(zi)(zi)技(ji)術(shu)在 21 世紀的(de)信息社會中將取得(de)更大(da)的(de)進展(zhan)(zhan),發(fa)(fa)揮更大(da)的(de)作(zuo)用。

二、半導體激光器的工作原理

半導體激(ji)光器(qi)是一種相干輻射光源(yuan),要使它能產生激(ji)光,必須具備(bei)三個基(ji)本(ben)條件(jian) :

1.增益(yi)條件(jian):建立起激(ji)(ji)(ji)射媒質(有(you)源(yuan)區)內(nei)載流(liu)子(zi)(zi)的(de)反轉分(fen)布,在(zai)半導(dao)(dao)體中代表電(dian)(dian)子(zi)(zi)能(neng)(neng)量的(de)是由一系列接(jie)近于(yu)連續的(de)能(neng)(neng)級所組成(cheng)的(de)能(neng)(neng)帶(dai) ,因此在(zai)半導(dao)(dao)體中要實(shi)現(xian)粒(li)子(zi)(zi)數反轉,必須在(zai)兩(liang)個能(neng)(neng)帶(dai)區域之間 ,處在(zai)高能(neng)(neng)態(tai)導(dao)(dao)帶(dai)底的(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)數比處在(zai)低(di)(di)能(neng)(neng)態(tai)價帶(dai)頂的(de)空穴數大很多,這靠給同質結或異(yi)質結加正向偏壓,向有(you)源(yuan)層內(nei)注入必要的(de)載流(liu)子(zi)(zi)來(lai)實(shi)現(xian), 將電(dian)(dian)子(zi)(zi)從能(neng)(neng)量較低(di)(di)的(de)價帶(dai)激(ji)(ji)(ji)發到能(neng)(neng)量較高的(de)導(dao)(dao)帶(dai)中去 。當(dang)處于(yu)粒(li)子(zi)(zi)數反轉狀態(tai)的(de)大量電(dian)(dian)子(zi)(zi)與(yu)空穴復合時 ,便產生受(shou)激(ji)(ji)(ji)發射作(zuo)用。

2.要(yao)實(shi)際獲得相干(gan)受(shou)激(ji)(ji)輻射(she) ,必須(xu)使受(shou)激(ji)(ji)輻射(she)在光學諧振(zhen)腔(qiang)內得到(dao)多次反(fan)(fan)饋而形(xing)成(cheng)激(ji)(ji)光振(zhen)蕩(dang),激(ji)(ji)光器(qi)的(de)諧振(zhen)腔(qiang)是由半(ban)導體晶(jing)體的(de)自(zi)然解理面(mian)(mian)作為反(fan)(fan)射(she)鏡形(xing)成(cheng)的(de),通常在不(bu)出光的(de)那一端鍍(du)上(shang)(shang)高反(fan)(fan)多層介(jie)質膜,而出光面(mian)(mian)鍍(du)上(shang)(shang)減(jian)反(fan)(fan)膜。對F—p 腔(qiang)(法布里—珀羅腔(qiang))半(ban)導體激(ji)(ji)光器(qi)可以很(hen)方便地(di)利用晶(jing)體的(de)與(yu) p-n結(jie)平面(mian)(mian)相垂(chui)直的(de)自(zi)然解理面(mian)(mian)構(gou)成(cheng)F-p腔(qiang)。

3.為了(le)形成穩定(ding)振(zhen)蕩,激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)媒(mei)質必(bi)須能提供足(zu)夠大的(de)(de)增(zeng)(zeng)益,以(yi)彌補諧振(zhen)腔(qiang)引起(qi)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)損耗及(ji)從腔(qiang)面的(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)輸(shu)出(chu)等引起(qi)的(de)(de)損耗,不斷增(zeng)(zeng)加腔(qiang)內的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)場。這就必(bi)須要有足(zu)夠強的(de)(de)電(dian)(dian)流注入(ru),即有足(zu)夠的(de)(de)粒子(zi)數(shu)反(fan)轉(zhuan),粒子(zi)數(shu)反(fan)轉(zhuan)程(cheng)度越高(gao),得到的(de)(de)增(zeng)(zeng)益就越大,即要求必(bi)須滿足(zu)一定(ding)的(de)(de)電(dian)(dian)流閥值條件(jian)。當激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器達(da)到閥值時,具(ju)有特(te)定(ding)波長的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)就能在腔(qiang)內諧振(zhen)并被(bei)放大,最后形成激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)而連續地輸(shu)出(chu)。可見在半(ban)導(dao)體激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器中,電(dian)(dian)子(zi)和空穴的(de)(de)偶極(ji)子(zi)躍遷是基本(ben)(ben)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)發(fa)射和光(guang)(guang)(guang)(guang)放大過程(cheng)。對于新型半(ban)導(dao)體激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器而言(yan),人們目前公認(ren)量(liang)子(zi)阱是半(ban)導(dao)體激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器發(fa)展的(de)(de)根(gen)本(ben)(ben)動力。量(liang)子(zi)線和量(liang)子(zi)點能否充分利用(yong)量(liang)子(zi)效應(ying)的(de)(de)課題已延至本(ben)(ben)世(shi)紀,科學家(jia)們已嘗試用(yong)自組織結構(gou)在各(ge)種(zhong)材料中制作量(liang)子(zi)點,而GaInN 量(liang)子(zi)點已用(yong)于半(ban)導(dao)體激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器。

三、半導體激光器的發展歷史

20 世(shi)紀60年代初期(qi)的(de)半(ban)(ban)導(dao)體激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)是(shi)同(tong)質(zhi)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)型激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi),它是(shi)在(zai)(zai)(zai)一種(zhong)材料(liao)上制作的(de) pn 結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)二極管。在(zai)(zai)(zai)正向(xiang)大電(dian)(dian)(dian)流注(zhu)入(ru)下(xia)(xia)電(dian)(dian)(dian)子不(bu)斷地向(xiang) p區注(zhu)入(ru),空穴(xue)(xue)不(bu)斷地向(xiang)n區注(zhu)入(ru)。于(yu)是(shi) ,在(zai)(zai)(zai)原來的(de)pn結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)耗盡區內實現了(le)載流子分布(bu)的(de)反轉(zhuan), 由(you)于(yu)電(dian)(dian)(dian)子的(de)遷移速度比空穴(xue)(xue)的(de)遷移速度快, 在(zai)(zai)(zai)有(you)源區發(fa)生(sheng)輻射、復(fu)合,發(fa)射出熒(ying)光(guang)(guang)(guang),在(zai)(zai)(zai)一定的(de)條件下(xia)(xia)發(fa)生(sheng)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang) ,這是(shi)一種(zhong)只(zhi)能以脈(mo)沖形(xing)式工作的(de)半(ban)(ban)導(dao)體激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)。半(ban)(ban)導(dao)體激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)發(fa)展的(de)第二階(jie)段(duan)是(shi)異(yi)質(zhi)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)半(ban)(ban)導(dao)體激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi), 它是(shi)由(you)兩種(zhong)不(bu)同(tong)帶隙(xi)的(de)半(ban)(ban)導(dao)體材料(liao)薄層 ,如GaAs, GaAlAs 所(suo)組成, 先出現的(de)是(shi)單(dan)異(yi)質(zhi)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(1969 年)。單(dan)異(yi)質(zhi)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)注(zhu)入(ru)型激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(SHLD)GaAsP -N 結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de) p 區之內 ,以此來降低閥值電(dian)(dian)(dian)流密度, 其數(shu)值比同(tong)質(zhi)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)降低了(le)一個(ge)數(shu)量(liang)級(ji), 但單(dan)異(yi)質(zhi)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)仍不(bu)能在(zai)(zai)(zai)室溫下(xia)(xia)連續工作 。

從20世紀70年代(dai)末開始,半(ban)導體(ti)激光器(qi)(qi)明顯向著兩個方向發(fa)展 , 一類是(shi)以(yi)傳遞信(xin)息為目(mu)的的信(xin)息型激光器(qi)(qi),另一類是(shi)以(yi)提高(gao)光功率(lv)(lv)為目(mu)的的功率(lv)(lv)型激光器(qi)(qi) 。在泵浦固體(ti)激光器(qi)(qi)等應用(yong)的推動下,高(gao)功率(lv)(lv)半(ban)導體(ti)激光器(qi)(qi)(連續輸(shu)出(chu)功率(lv)(lv)在100mw以(yi)上,脈沖輸(shu)出(chu)功率(lv)(lv)在 5W 以(yi)上,均可稱之謂高(gao)功率(lv)(lv)半(ban)導體(ti)激光器(qi)(qi))。

在 20 世紀90年代(dai)取得(de)(de)了突(tu)破(po)性(xing)進展,其標志(zhi)是半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)的(de)(de)輸(shu)出功率顯著(zhu)增加,國(guo)外千瓦(wa)級(ji)的(de)(de)高功率半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)已(yi)經(jing)商品化,國(guo)內(nei)樣品器(qi)(qi)件(jian)輸(shu)出已(yi)達到 600W。如果從激(ji)光(guang)(guang)(guang)波(bo)段(duan)的(de)(de)被擴展的(de)(de)角度(du)來看,先是紅(hong)外半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi),接(jie)著(zhu)是 670nm 紅(hong)光(guang)(guang)(guang)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)大量進入應用(yong),接(jie)著(zhu),波(bo)長為650nm、635nm的(de)(de)問世 ,藍綠(lv)光(guang)(guang)(guang)、藍光(guang)(guang)(guang)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)也(ye)相繼研制(zhi)成(cheng)功,10mW 量級(ji)的(de)(de)紫(zi)光(guang)(guang)(guang)乃(nai)至紫(zi)外光(guang)(guang)(guang)半(ban)導(dao)(dao)(dao)體(ti)(ti)(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi),也(ye)在加緊研制(zhi)中(zhong)。20世紀90年代(dai)末(mo),面發射(she)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)和垂(chui)直(zhi)腔面發射(she)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)得(de)(de)到了迅速的(de)(de)發展,且已(yi)考(kao)慮了在超(chao)并行光(guang)(guang)(guang)電子學(xue)中(zhong)的(de)(de)多種應用(yong)。980nm、850nm和780nm的(de)(de)器(qi)(qi)件(jian)在光(guang)(guang)(guang)學(xue)系統中(zhong)已(yi)經(jing)實(shi)用(yong)化。目前,垂(chui)直(zhi)腔面發射(she)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)已(yi)用(yong)于千兆位(wei)以(yi)太網的(de)(de)高速網絡。

四、半導體激光器的應用

半導體(ti)激光(guang)器是成熟較(jiao)早、進展(zhan)較(jiao)快(kuai)的一類激光(guang)器 ,由于(yu)它的波(bo)長范(fan)圍(wei)寬, 制作簡單、成本(ben)低、易(yi)于(yu)大量生產,并且由于(yu)體(ti)積(ji)小 、重量輕、壽命長,因(yin)此,品種發(fa)展(zhan)快(kuai),應用范(fan)圍(wei)廣,目前(qian)已超過(guo)300種 。

1.在產業和技術方面的應用

1)光纖(xian)通(tong)(tong)信。半導(dao)體激(ji)光器是光纖(xian)通(tong)(tong)信系統的實用化(hua)光源(yuan),光纖(xian)通(tong)(tong)信已成(cheng)為當代通(tong)(tong)信技術的主流。

2) 光(guang)盤(pan)(pan)存(cun)取。半導體激光(guang)已經(jing)用(yong)于(yu)光(guang)盤(pan)(pan)存(cun)儲(chu)器,其較大(da)優(you)點是(shi)存(cun)儲(chu)的(de)聲音、文字和圖象信息量很大(da)。采用(yong)藍、綠激光(guang)能夠大(da)大(da)提高光(guang)盤(pan)(pan)的(de)存(cun)儲(chu)密(mi)。

3) 光(guang)譜分(fen)析(xi)。遠紅外可調諧(xie)半導體激光(guang)器(qi)已經用(yong)于環(huan)境氣體分(fen)析(xi),監(jian)測大氣污染、汽車尾(wei)氣等。在工業上可用(yong)來 監(jian)測氣相淀積的工藝過(guo)程(cheng)。

4) 光(guang)信息(xi)處(chu)(chu)理(li)。半導體激光(guang)器(qi)(qi)已經用于(yu)光(guang)信息(xi)理(li)系統(tong)。表面(mian)發(fa)射半導體激光(guang)器(qi)(qi) 二 維陣列是光(guang)并行(xing)處(chu)(chu)理(li)系統(tong)的理(li)想光(guang)源,將用于(yu)計算(suan)機和(he)光(guang)神(shen)經網絡。

5) 激光微細工。借助于(yu)Q開關半導體激光器產生的高能(neng)量超短光沖,可(ke)對集(ji)成電路進行切 割、打孔(kong)等。

6) 激(ji)光報(bao)(bao)警(jing)器。半導體激(ji)光報(bao)(bao)警(jing)器用途 甚廣,包(bao)括防盜(dao)報(bao)(bao)警(jing)、水位報(bao)(bao)警(jing)、車(che)距(ju) 報(bao)(bao)警(jing)等。

7) 激(ji)光打(da)印(yin)機。高功(gong)率(lv)半導體激(ji)光器已經用于激(ji)光打(da)印(yin)機。采用藍、綠激(ji)光 能 夠(gou)大(da)大(da)提高打(da)印(yin)速度和分(fen)辨 率(lv)。

8) 激光(guang)(guang)條碼掃描器。半導體激光(guang)(guang)條碼掃描器已經廣泛用于(yu)商品的銷售(shou),以及(ji) 圖(tu)書和檔案的管理。

9) 泵浦固(gu)體激(ji)光(guang)器。這是高功率半導體激(ji)光(guang)器的(de)一(yi)個重要應用,采用它(ta)來取代原來的(de)氛(fen)燈,可(ke)以構成全固(gu)態(tai)激(ji)光(guang)系統。

10) 高清晰度激(ji)光電(dian)視(shi)(shi)。不久的將來,沒有陰極射線管的半導體激(ji)光電(dian)視(shi)(shi)機(ji)可以 投放(fang)市(shi)場,它(ta)利(li)用紅(hong)、藍、綠(lv)三(san)色激(ji)光,估計其(qi)耗電(dian)量比現有的電(dian)視(shi)(shi)機(ji)低20%。

2.在醫療和生命科學研究方面的應用

1)激光(guang)手術(shu)治療。半導(dao)體激光(guang)已經(jing)用于軟組(zu)織(zhi)切除,組(zu)織(zhi)接合、凝固和汽化。普通外(wai)科(ke)、整形外(wai)科(ke)、皮膚科(ke)、泌尿(niao)科(ke)、婦產科(ke)等,均廣泛地(di)采用了這項技術(shu)。

2)激(ji)光動力學治療。將對腫瘤有(you)(you)親合性(xing)的光敏物(wu)質(zhi)有(you)(you)選擇(ze)地聚集于癌組織(zhi)內,通過半導體激(ji)光照(zhao)射,使癌組織(zhi)產生活(huo)性(xing)氧,旨(zhi)在(zai)使其壞死而(er)對健康(kang)組織(zhi)毫無(wu) 損害。

3)生(sheng)命科學研究。使用半導體(ti)激(ji)光的“光鑷”,可以(yi)撲(pu)捉活細胞或染(ran)色體(ti)并移至 任意位置,已(yi)經用于促(cu)進細胞合成,細胞相互作用等研究,還可以(yi)作為法(fa)醫取證的診(zhen)斷技術(shu)。

(來(lai)源(yuan):網站,版權歸(gui)原作(zuo)者(zhe))