半导体PN结二极管激光器是人们最早研制成功的一种典型的半导体激光器。在本质上,这种装置类似于一种单向(正)偏压发光二极管,在N区导带的底部集居着电子,而在P区价带的顶部集居着空穴;在正向偏压作用下,电子由N区进入P区,并在PN结(交界)区与空穴相复合而产生发光,发光光子能量约等于导带与价带之能量差;如果对PN结二极管施加的正向注入电流密度超过一定的阈值,使在PN结区由复合发光所决定的增益远大于各种可能的光损耗,就可以形成相干的激光振荡;此时,光学共振腔,可由垂直于结平面的两个平行晶体解理面构成。
半导体PN结二极管激光器的主要优点是体积小、重量轻、成本低、效率高和使用寿命长。目前效果最好和使用最普遍的是双异质结型砷化镓二极管激光器,可在室温条件下以较高重复脉冲率运转或连续运转,输出激光在0.8微米附近的近红外区,并可按一定方式在有限的光谱范围内进行调谐。
半导体二极管激光器在激光通信、信息存储、处理与显示、激光测距、制导、夜视及激光光谱学研究等领域均有重要应用价值。
半导体激光器又称激光二极管,是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于物质结构上的差异,不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。 半导体激光器件,可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件,而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体二极管激光器是最实用最重要的一类激光器。它体积小、寿命长,并可采用简单的注入电流的方式来泵浦,其工作电压和电流与集成电路兼容,因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点,半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面得到了广泛的应用。半导体激光材料有几十种,最成熟的有砷化镓和镓铝砷等。由于半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、效率高和结构简单,所以,在航天器、飞机、军舰、车辆上应用特别适宜。这种激光器工作波长范围宽,而且可以通过外加电场、磁场、温度和压力等改变激光的波长,调谐控制方便。由于半导体激光器制作得小巧玲珑,总功率不高,适合于低功率系统使用。
此外,还有功率巨大的化学激光器、短波准分子激光器和自由电子激光器等。
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