半导体激光单管和半导体巴条区别

bar条是长的……这是废话。

一个晶片（看材料几寸的都有），一般能截几十上百个bar条。典型尺寸是1mm*10mm左右。一个bar条上有十几至几十个发光区。

单管是小的bar条（这么理解不精确），一个晶片可以截取成千上万个单管。一般有1个发光区或数个发光区。典型尺寸是几毫米x几毫米。

量子阱（QW），是与电子的德布罗意波长可比的微观尺度上的势阱，是由两种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。量子阱是一种二维材料，在量子力学发展早期，量子阱概念即被提出，其相关技术与应用研究持续深入，量子阱激光器是量子阱的代表性应用领域。 　

　受量子阱宽度、阱壁限制，在量子阱中，载流子仅能够在与阱壁平行的二维平面内自由运动，不能向垂直方向运动。与三维材料相比，量子阱中的电子态、声子态、元激发、相互作用等均存在较大差别。根据新思界产业研究中心发布的 《2022-2026年量子阱行业深度市场调研及投资策略建议报告》 显示，受以上因素影响，应用在半导体材料领域，量子阱会呈现出独特的电学、光学性能，并可以通过改变材料组分、掺杂成分、材料结构、薄层厚度等对量子阱的特性进行调控。

半导体激光器体积小、可靠性高，具有可调制电流、可输出高速激光的特点，并且可与集成电路兼容，是一种重要的激光器类型，预计2020-2025年，全球半导体激光器市场规模将以9.6%左右的年均复合增速快速增长。量子阱激光器是半导体激光器的一种，量子阱一般应用在激光二极管的有源区，窄带隙有源区夹在宽带隙半导体材料中间，或者与之交替重叠，当载流子被限制在有源层内时，即形成量子阱。

根据新思界产业研究中心发布的 《2022-2026年量子阱激光器行业深度市场调研及投资策略建议报告》 显示，量子阱激光器具有频率小、阈值电流低、谱线宽度窄、输出功率高、调制速度快、温度适应范围宽等特点，是半导体激光器中的主流产品之一。量子阱激光器主要包括量子线激光器、量子点激光器两大类。相较来说，受量子点独特性能的影响，量子点激光器在阈值电流、温度适应性、增益效果等方面更具优势，未来应用前景更为广阔。 　

　量子阱激光器在激光加工、激光医疗、检验检测、环保等领域应用广泛，研发价值大。2019年，中国科学院半导体研究所团队突破了刻蚀与钝化等核心工艺，研制出新型锑化物半导体量子阱激光器，其单管和巴条组件分别实现1.62瓦和16瓦的室温连续输出功率，综合性能达到国际一流水平。

新思界 行业分析 人士表示，量子阱是一种二维材料，在传统半导体材料性能开发接近物理极限的情况下，拥有独特性能的二维材料开发与应用受到关注，量子阱市场空间正在快速增长。现阶段，半导体激光器是量子阱的主要应用市场，量子阱概念是随着量子力学发展而提出，未来在量子力学领域同样具有广阔发展空间。由此来看，未来量子阱行业发展前景良好。

激光

英文名 LASER，其全称是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation。

字面意思就是“光受激辐射放大”。

其为人工光源，具有与自然光不同的特性，可直线传播到很远，并且可聚集在较小范围等。

自然光包含从紫外线到红外线等多种波长的光。其波长不一。

自然光

激光为单一波长的光，其特性称之为单色性。单色性的优点在于可提高光学设计的灵活性。

激光

光的折射率因波长不同而产生变化。

自然光穿过镜头时，会因内含不同种类的波长，而产生扩散现象。这种现象称为色差。

而激光为单一波长的光，只会朝相同的方向折射。

例如，摄像头的镜头需要具备可校正因颜色导致的失真的设计，但激光仅需考虑该波长即可，因此光束可长距离传送，实现小光斑聚光的精密设计。

指向性是指声音或光线在空间内前进时不易扩散的程度，指向性较高则表示扩散小。

自然光包含朝各种方向扩散的光，为提高指向性，需要靠复杂的光学系统去除前进方向以外的光。

自然光

激光为指向性较高的光，让激光不扩散而直线前进，在光学设计上较为容易，可进行长距离传送等。

激光

相干性表示容易相互干扰的程度。如果将光考虑为波，波段越相近则相干性越高。

例如，水面上不同的波相互碰撞时，可能相互增强或相互抵消，与这一现象相同，越随机的波干扰程度越弱。

自然光

激光地位相、波长、方向一致，可维持较强的波，从而实现长距离传送。

激光波峰波谷一致

相干性较高的光，具有可长距离传送且不会扩散的特性，具备可通过镜头聚集成小光斑的优点，可将产生的光传送至别处，用作高密度光。

激光具有优异的单色性、指向性、相干性，可聚集成非常小的光斑，形成高能量密度的光。

激光可缩小至自然光达不到的绕射极限附近。

（绕射极限：物理上无法将光聚焦成小于光波长的极限）

通过将激光缩到更小，可将光强度（功率密度）提高至可用于切断金属的程度。

激光

要产生激光，就需要称为激光媒质的原子或分子。

从外部对该激光媒质照射能量（激发光）让原子由低能量的激发态变换为高能量的激发态。

激发态 是指原子内的电子从内侧向外侧外壳移动的状态。

原子状态

原子变换为激发态后，经过一段时间会恢复为基态（从激发态恢复为基态的时间称为荧光寿命）。此时会将接收到的能量以光的形态辐射出去，恢复为基态（自发辐射）。

这种辐射出的光具有特定的波长。

激光的产生原理是让原子变换为 激发态 ，然后提取产生的光加以利用。

原子状态

变换为基态后一定时间的原子，会因自发辐射而辐射出光，并恢复为基态。

但激发光越强，激发态的原子数量就会增加，自发辐射光也会随之增加，从而产生受激辐射现象。

受激辐射是向受激原子入射自发辐射或受激辐射的光后，该光提供受激原子能量，让光成为相应强度的现象。受激辐射后，激发原子恢复为基态。激光的放大正是利用这种受激辐射，激发态的原子数量越多，受激辐射就会连续产生，从而可使光急速放大，并提取为激光。

工业用激光器大致分为 4 种

重叠材质不同的半导体结晶构成活性层（发光层），从而产生光。

让光在构成两端的一对镜面间往返从而放大，最终产生激光。

半导体激光

CO2 激光是以 CO2 气体为媒质的激光。

在填充有 CO2 气体的管内，配置电极板，以产生放电。电极板连接外部电源，使其可投入高频率电力作为激发源。因电极间放电而在气体中产生等离子体，CO2 分子会变换为激发态，该数量增加后开始受激辐射。此外，为了让光往返而产生振荡，相对设置一对镜面，则构成了谐振器。光会在全反射镜和输出镜之间往返，放大后输出为激光。

CO2 激光

侧面抽运方式 YAG 激光是以 YAG 结晶为激光媒质的一种固体激光。

YAG 是指（Yttrium Aluminum Garnet）的结晶，并添加 Nd（Neodymium、钕）。

激光器的构成是在与 YAG 结晶的轴平行的两侧配置激发用 LD。使用一对镜面构成谐振器，在两者之间配置 Q 开关。振荡波长为 1064 nm。

侧面抽运方式是一种投入激发光的面积较大，可提高投入能量并容易获得高功率输出的构成。

脉冲宽度较长，为 100 ns 至数 ms，可产生脉冲能量较大的脉冲，用于对金属的刻印、切断、雕刻、焊接。

YAG 激光、侧面抽运方式

侧面抽运方式 YVO4 激光是以 YVO4 结晶为激光媒质的一种固体激光。

YVO4 是指钒酸钇结晶，与 YAG 同样添加有 Nd（钕）。采用从 YVO4结晶端面单侧照射激发光的方式，以一对镜面构成揩振器，并在镜面间配置结晶和 Q 开关。振荡波长与 Nd:YAG 激光相同，为 1064 nm。放大率较高，可使用较小的结晶，激光器长比 YAG 激光短。因此，光可在更短时间内反复射入结晶，使光强度急剧增加。与 YAG 相比，具有效率更高、峰值更高且脉冲更短的特点。此外，结晶中心部的放大率较大，产生的光为单模光 *，可输出高品质的激光。

YVO4 激光、侧面抽运方式

光纤激光使用光纤为媒质，是长距离通信的中断放大技术发展为高功率输出激光的产物。光纤由中心传输光的核心和以同心圆状包覆核心的金属包层构成。光纤激光以该核心为激光媒质放大光。因此核心中添加有 Yb（Ytteribum、镱）。

光纤激光的构成一般是通过激光二级管（Seed LD）产生的称之为种子光源（Seed Light）的脉冲光，然后通过 2 个以上的光纤放大器进行放大。激发用 LD 配备多个单管发射器（发光层为 1 个）LD。各LD 为低功率输出，因此具有热负荷较小的优点，实现了长寿命。此外，该 LD 数量越多，越可实现高功率输出的激光。光纤激光振荡效率较高，与固体激光和气体激光相比，具有功率消耗较低的特点。

放大用光纤（前置放大器、主要放大器）为 3 层构造，包括核心和 2层金属包层。激发光进入内侧的金属包层（内层包覆）和添加有 Yb的核心内，使核心内部的原子变换为激发态。激光被封闭于核心内前进，再通过激发原子放大，在媒质内越前进，强度越强。与固体激光或气体激光不同，光朝一个方向前进，不会往返。

放大用光纤构造

YVO4 激光和光纤激光的最大差异在于峰值功率和脉冲宽度。

峰值功率代表光强度，脉冲宽度代表光的持续时间。YVO4 具有容易产生高峰值、短脉冲光的特点，光纤具有容易产生低峰值、长脉冲光的特点。激光照射到材料时，加工结果会因脉冲的差异而产生较大变化。

YVO4 和光纤激光的脉冲

YVO4 激光的脉冲会对材料短时间照射高强度的光，因此表面层较浅的区域会急速升温，然后立即冷却。照射部分在沸腾状态下被冷却为发泡状态，蒸发后形成较浅的刻印。在热量传递前照射便会结束，因此对周围的热影响较小。

光纤激光的脉冲，则是长时间照射低强度的光。材料温度缓慢上升，长时间维持液体或蒸发的状态。因此，光纤激光适合刻入量变大、或金属承受大量热量而氧化需要变黑的黑色刻印。

补充：

关于激光器，基恩士独创了 S-MOPA 激光器，

*Solid-state Master Oscillator Power Amplifier：直接将 YVO4 激光器的高品质光束，结合光纤激光中所使用的放大器技术，实现高功率输出化。光源 LD（激光二级管）采用散热性较高的单管发射器，实现长寿命化。

S-MOPA 的特点在于由 2 个阶段构成，首先通过 YVO4 激光器（主激光器）产生脉冲，然后通过 YVO4 的放大器将该脉冲放大。因此可维持主激光器所产生的高峰值、高品质脉冲，同时进行放大。此外，采用具有光纤激光特点的单管发射器激发 LD，与固体激光的巴条发射器 LD（单个半导体芯片中具有多个发光面的 LD）相比，热密度较低，冷却负荷较小，虽为固体激光，却实现了长寿命。

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