半导体激光器的发展过程

在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，这引起通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）的极大兴趣，在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后，哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功。

像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的p-n结特性为基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管。 早期的激光二极管有很多实际限制，例如，只能在77K低温下以微秒脉冲工作，过了8年多时间，才由贝尔实验室和列宁格勒（圣彼得堡）约飞（Ioffe）物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件。而足够可靠的半导体激光器则直到70年代中期才出现。

半导体激光器体积非常小，最小的只有米粒那样大。工作波长依赖于激光材料，一般为0.6～1.55微米，由于多种应用的需要，更短波长的器件在发展中。据报导，以Ⅱ～Ⅳ价元素的化合物，如ZnSe为工作物质的激光器，低温下已得到0.46微米的输出，而波长0.50～0.51微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上。但迄今尚未实现商品化。

光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域，一方面是世界范围的远距离海底光纤通信，另一方面则是各种地区网。后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等。但就而言，激光唱机是这类器件的最大市场。其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示，及各种医疗应用等。

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人下，电子不断地向p区注人，空穴不断地向n区注人.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（1969年）.单异质结注人型激光器（SHLD）是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP一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。

1970年，实现了激光波长为9000&Aring：室温连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化镓一镓铝砷）激光器。双异质结激光器（DHL）的诞生使可用波段不断拓宽，线宽和调谐性能逐步提高。其结构的特点是在P型和n型材料之间生长了仅有0. 2 Eam厚，不掺杂的，具有较窄能隙材料的一个薄层，因此注人的载流子被限制在该区域内（有源区），因而注人较少的电流就可以实现载流子数的反转。在半导体激光器件中，比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs二极管激光器。

随着异质结激光器的研究发展，人们想到如果将超薄膜（<20nm）的半导体层作为激光器的激括层，以致于能够产生量子效应，结果会是怎么样?再加之由于MBE,MOCVD技术的成就。于是，在1978年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器（QWL），它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能.后来，又由于MOCVD,MBE生长技术的成熟，能生长出高质量超精细薄层材料，之后，便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器，量子阱半导体激光器与双异质结（DH）激光器相比，具有阑值电流低、输出功率高，频率响应好，光谱线窄和温度稳定性好和较高的电光转换效率等许多优点。

QWL在结构上的特点是它的有源区是由多个或单个阱宽约为100人的势阱所组成，由于势阱宽度小于材料中电子的德布罗意波的波长，产生了量子效应，连续的能带分裂为子能级.因此，特别有利于载流子的有效填充，所需要的激射阅值电流特别低.半导体激光器的结构中应用的主要是单、多量子阱，单量子阱（SQW）激光器的结构基本上就是把普通双异质结（DH）激光器的有源层厚度做成数十nm以下的一种激光器，通常把势垒较厚以致于相邻势阱中电子波函数不发生交迭的周期结构称为多量子阱（MQW ).量子阱激光器单个输出功率现已大于1w，承受的功率密度已达l OMW/cm3以上）而为了得到更大的输出功率，通常可以把许多单个半导体激光器组合在一起形成半导体激光器列阵。因此，量子阱激光器当采用阵列式集成结构时，输出功率则可达到l00w以上.高功率半导体激光器（特别是阵列器件）飞速发展，已经推出的产品有连续输出功率5 W,10W,20W和30W的激光器阵列.脉冲工作的半导体激光器峰值输出功率50w. 120W和1500W的阵列也已经商品化.一个4. 5 cm x 9cm的二维阵列，其峰值输出功率已经超过45kW.峰值输出功率为350kW的二维阵列也已间世。 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100W 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[61.如果从激光波段的被扩展的角度来看，先是红外半导体激光器，接着是670nm红光半导体激光器大量进入应用，接着，波长为650nm,635nm的问世，蓝绿光、蓝光半导体激光器也相继研制成功，10mw量级的紫光乃至紫外光半导体激光器，也在加紧研制中[a}为适应各种应用而发展起来的半导体激光器还有可调谐半导体激光器，电子束激励半导体激光器以及作为“集成光路”的最好光源的分布反馈激光器(DFB一LD），分布布喇格反射式激光器（DBR一LD）和集成双波导激光器.另外，还有高功率无铝激光器（从半导体激光器中除去铝，以获得更高输出功率，更长寿命和更低造价的管子）、中红外半导体激光器和量子级联激光器等等.其中，可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长，可以很方便地对输出光束进行调制.分布反馈（DF）式半导体激光器是伴随光纤通信和集成光学回路的发展而出现的，它于1991年研制成功，分布反馈式半导体激光器完全实现了单纵模运作，在相干技术领域中又开辟了巨大的应用前景它是一种无腔行波激光器，激光振荡是由周期结构（或衍射光栅）形成光藕合提供的，不再由解理面构成的谐振腔来提供反馈，优点是易于获得单模单频输出，容易与纤维光缆、调制器等耦合，特别适宜作集成光路的光源。

单极性注入的半导体激光器是利用在导带内（或价带内）子能级间的热电子光跃迁以实现受激光发射，自然要使导带和价带内存在子能级或子能带，这就必须采用量子阱结构.单极性注入激光器能获得大的光功率输出，是一种商效率和超商速响应的半导体激光器，并对发展硅基激光器及短波激光器很有利.量子级联激光器的发明大大简化了在中红外到远红外这样宽波长范围内产生特定波长激光的途径.它只用同一种材料，根据层的厚度不同就能得到上述波长范围内的各种波长的激光.同传统半导体激光器相比，这种激光器不需冷却系统，可以在室温下稳定 *** 作.低维（量子线和量子点）激光器的研究发展也很快，日本okayama的GaInAsP/Inp长波长量子线（Qw+）激光器已做到9OkCW工作条件下Im =6.A,l =37A/cm2并有很高的量子效率.众多科研单位正在研制自组装量子点（QD）激光器，该QDLD已具有了高密度，高均匀性和高发射功率.由于实际需要，半导体激光器的发展主要是围绕着降低阔值电流密度、延长工作寿命、实现室温连续工作，以及获得单模、单频、窄线宽和发展各种不同激射波长的器件进行的。 20世纪90年代出现并特别值得一提的是面发射激光器（SEL），早在1977年，人们就提出了所谓的面发射激光器，并于1979年做出了第一个器件，1987年做出了用光泵浦的780nm的面发射激光器.1998年GaInAIP/GaA。面发射激光器在室温下达到亚毫安的网电流，8mW的输出功率和11%的转换效率[2）前面谈到的半导体激光器，从腔体结构上来说，不论是F一P(法布里一泊罗）腔或是DBR（分布布拉格反射式）腔，激光输出都是在水平方向，统称为水平腔结构.它们都是沿着衬底片的平行方向出光的.而面发射激光器却是在芯片上下表面镀上反射膜构成了垂直方向的F一P腔，光输出沿着垂直于衬底片的方向发出，垂直腔面发射半导体激光器（VCSELS）是一种新型的量子阱激光器，它的激射阔值电流低，输出光的方向性好，藕合效率高，通过阵列化分布能得到相当强的光功率输出，垂直腔面发射激光器已实现了工作温度最高达71℃。另外，垂直腔面发射激光器还具有两个不稳定的互相垂直的偏振横模输出，即x模和y模，对偏振开关和偏振双稳特性的研究也进入到了一个新阶段，人们可以通过改变光反馈、光电反馈、光注入、注入电流等等因素实现对偏振态的控制，在光开关和光逻辑器件领域获得新的进展。20世纪90年代末，面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展，且已考虑了在超并行光电子学中的多种应用.980mn,850nm和780nm的器件在光学系统中已经实用化.垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络。为了满足21世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要，半导体激光器的发展趋势主要在高速宽带LD、大功率ID，短波长LD，盆子线和量子点激光器、中红外LD等方面.在这些方面取得了一系列重大的成果。

我试过，不会有任何结果。既不会爆炸，也不会穿越，而是绕道过。原理是：1.激光也是光，不要把它想的太复杂，它不同于别的光的只是，它1.定向发光 2.亮度极高 3.颜色极纯 所以导致了它的能量密度极大。但它也还是光啊。所以它也有光的特性。但即使它能量再大，也要看被吸收的度。像那些光子，它的面积，几乎为零，所以吸收的能量可以忽略，所以不会有任何明显的现象。但它可能对光子运动轨迹产生巨大影响，毕竟光有波粒二象性。所以光和光之间有一定影响，但还不至于爆炸。

回答楼主高功率的激光的强度(即功率)可以达到1,000瓦特或更高，如果要把激光作为武器来使用，需要庞大且极其复杂的供电系统，这是科学上的难题，所以激光作为武器很难得到实际性的应用，我国对激光武器的研究还只是初级阶段，但是美国在这方面就远远领先与世界水平，他们已经研发出激光武器，并开始小规模的批量生产。这个你可以通过新闻可知道。

我想告诉你的是世界上最强大的激光每万亿分之一秒产生的能量是美国所有发电厂发电量的2000倍，输出功率超过1 皮瓦——相当于10的15次方瓦。这种激光第一次启动是在1996年由美国得克萨斯州大学的科学家研制出来的。

你要知道光子的能量是用E=hf来计算的，其中h为普朗克常量，f为频率。由此可知，频率越高，能量越高。

你认为会有什么结果？根据你的用语，你感觉会有什么强大的现象出现是吧？你的意思我知道，暗暗的感觉讲的是“受激吸收”吧？就是讲处于较低能级的粒子在受到外界的激发（即与其他的粒子发生了有能量交换的相互作用，如与光子发生非d性碰撞），吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。虽然受激吸收与受激辐射是互逆的过程。但是线性吸收系数c 与光的频率的关系决定物质的吸收光谱。对于稀薄的原子气体，这个关系表现为吸收线光谱，即只在某些频率附近有强烈的吸收。所以要看你的高能量激光q的频率是怎样的，而不是说，你“高能量”就能受激吸收的。要看每个光子的能量必须足以使电子从电子轨道上逸出。所以，所以无论你的激光的强度有照射强度多大，如果频率不适合的话，均不能使光子发生什么变化，但即使你激光的强度非常弱，但如果你的频率正适合的话，一样可以改变光子的。这是光的光学-波粒二象性决定的。

其实“光是一份一份的能量”是错的，楼主就是把光看成“一份一份的能量”就把它当成子d之类的东西，火药多了，它的杀伤力就大，这对于子d它可能是对的，但你讲的是“激光”啊。光并不是纯粹的能量，实际上光不仅仅只是能量。一个光子不仅携带着一份能量，同时它还携带着一份动量以及一份角动量。 激光作为一种光，与自然界其他发光一样，是由原子（或分子、离子等）跃迁产生的，而且是由自发辐射引起的。不同的是，普通光源自始至终都是由自发辐射产生的，因而含有不同频率（或不同波长、不同颜色）的成分，并向各个方向传播。激光则仅在最初极短的时间内依赖于自发辐射，此后的过程完全由受激辐射决定。正是这一原因，使激光具有非常纯正的颜色。所以楼主不要把激光和子d什么搞混了。激光的本质它还是光。

楼主你是否知道激光光束中，所有光子都是相互关联的？即它们的频率（或波长）一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致。激光就好像是一支纪律严明的光子部队，行动一致，所以激光的本质还是光，光也有波的特性，也是一种“波”，既然是“波”所以更关注的是它的“频率”，而不是它有多大的功率。你所说大超大功率的“激光”为什么会对物体产生巨大的破坏，那是因为光又有“粒子”的特性，而普通物体，它是吸收的越多，它当然温度就提高的越快，就像你去被太阳晒和被手电照一样，一个感觉热，一个没什么感觉，是一个道理。但是你说的是“高能量激光q对射的结果”，即使它再高能，但终究它还是光，光与光之间，起主要作用的更是“波的特性”对于普通物体，起主要作用的还是“粒”的特性，其实这个你可以把两个手电对照，或在水塘里，相隔大概2米处分别用两块不同大小的石头砸进去，观察用两个不同频率水波相遇后是怎样来验证我说的是否对的。只有两个频率相同的水波相碰时候，它才会起伏变的加剧有明显的重合起伏的效果，而频率不同的时候，是各自走各自的，即使相遇也对对方没任何影响，。这个你可以去看高中的物理课本和大学物理书里都有详细的介绍，你也可以亲自去做做实验。

你要记住，不同的波从几个波源发出的波在同一点相遇时，这些波各自保持自己的波动特性（频率、振幅和振动方向），按照原来的方向传播，彼此互不影响。

但是若频率相等，在相遇点振动方向几乎沿同一光线，且在观察时间内波动不中断，那么，叠加后产生的合振动在有些地方加强，有些地方减弱，这种现象称为干涉，若你所说的激光会出现干涉现象，那么干涉的区域会由于局部急剧加热而出现爆炸的声音，其原理犹如打雷一样。局部极短时间内突然加热到上万度高温，会出现爆炸的现象。但如果频率不同的话，它们是各自走各自的，没有任何影响，这个是高中物理的基本知识，楼主你不会把高中的物理都给忘光了吧？这个在大学物理有深入的解释，你可以去看看大学物理的教科书。

还有我本人是有学历的，我的目前学历是绝大多数中国人可望不可即的，但是当然也有非常多高手在我前面，我是说相对于大多数中国人的学历而言。且我没灌水喔且用我的理解非常认真的对你的疑问进行了解答。符合你的条件。

半导体激光器(LaserDiodLD及其阵列（LaserDiodArraiLDA 由于具有体积小、重量轻、发光效率高和易调制、容易集成等优点被认为是最有前景的激光器。

大功率半导体激光器要求激光器非单发光区结构而是由这些单发光区遵照某一规则排列成线阵（BA RCHIPS或面阵（STA CKEDARRA Y.

半导体激光器的特殊结构使得它发散角较大，而且存在着像散，给使用带来了很多不便，制约半导体激光器应用。除了极少数的应用，如DPL正面外，大多数应用，如半导体激光器泵浦的全固态激光器（DPSSL端面、光纤激光器以及要求较高的正面泵浦激光器都要求对LDA 光束进行整形，形成小芯径、小数值孔径、高亮度的光纤耦合激光输出。较早的方法是将一根光纤和LDA 每一个发光区一一对应，形成一捆光纤束。这种方法在大功率时须采用一大捆光纤束而光亮度并不大，也难于对该光束进行进一步的整形来提高光亮度，因此该方法已趋于淘汰。

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