半导体激光器：类型的设备，工作原理，使用

半导体激光器是量子发生器基于半导体有源介质，其中，由受激发射的光放大在量子能级之间的过渡处的该地区自由载流子的高浓度产生。

半导体激光：工作原理

通常情况下，多数电子位于价水平。 在方法光子能量超过能带隙，半导体，电子进入激发状态，和断裂的禁区，移动到一个自由区，集中在其下边缘。 同时，形成在价水平的孔，上升到它的上边界。 在自由区中的电子与空穴复合，辐射能量等于破裂区域的能量，在光子的形式。 重组可以通过用足够的能量水平的光子来增强。 数值描述相当于费米分布函数。

设备

的半导体激光装置是一个激光二极管泵浦的能量的电子和空穴在区域P-N -过渡-与导电半导体p型和n型的接触点。 此外，存在与光的能量输入，其中所述光束由光及量子级联激光器，其基于所述区域内的过渡光子的吸收而形成的半导体激光器。

结构

在半导体激光器和其他光电器件中使用的典型化合物，如下所示：

• 砷化镓;
• 磷化镓;
• 氮化镓;
• 磷化铟;
• 砷化铟镓;
• 镓铝砷;
• 镓 - 铟 - 镓氮化物;
• 磷化物，镓 - 铟。

波长

这些化合物 - 直隙的半导体。 Indirect-（硅）不发射用足够的力和效率的光。 的波长 的辐射 的二极管激光器的 依赖于光子能量的能量接近特定化合物的带隙。 3-和4-分量半导体化合物能带隙可在很宽的范围内连续变化。 在的AlGaAs = _的 Al _x Ga _1-x As形成，例如，增加的铝含量（增加x）具有在能带隙增加的效果。

虽然最常用的半导体激光器在光谱的近红外部分工作，一些发射红色（磷化铟镓），蓝色或紫色（氮化镓）的颜色。 平均红外半导体激光器（硒化铅）和量子级联激光器。

有机半导体

此外，可以使用有机和上述无机化合物。 适当的技术仍处于开发阶段，但其发展有望显著降低生产激光器的成本。 到目前为止，只有开发出光能量输入和高性能电动泵尚未达到有机激光器。

种类

由多个具有不同参数和应用价值的半导体激光器。

小的激光二极管产生高品质的机械辐射，其功率范围从几百到500毫瓦的光束。 激光二极管芯片是薄的矩形板，其用作波导，由于仅限于一个小的空间内的辐射。 水晶掺杂双方创造一个大面积的pn结。 将该研磨后的端部创建一法布里的光谐振器 - 珀罗干涉仪。 光子通过模腔，以使复合辐射会增加，并且会启动发电。 它们在激光指示器，CD和DVD播放器，以及光纤使用。

低功率激光器和用于产生短脉冲可以同步事件外腔固体激光器。

半导体激光器与外部腔由一个激光二极管的，其在增益介质更激光谐振器的组合物的作用。 能够改变波长的和具有窄发射带。

注入激光器辐射的半导体区域在一个宽频带，可以产生几瓦特的低质量光束功率。 它包括设置在所述p型和n层之间的薄有源层，形成了双异质结的。 在横向方向上的光的限制的机制是缺失，这导致高的光束的椭圆性和不可接受的高阈值电流。

强大二极管阵列，包括二极管，宽带，能生产几十瓦的平庸质量功率的光束的阵列的。

二极管的功能强大的二维阵列可以产生几十万瓦的功率。

表面发射激光器（VCSEL）中几个毫瓦垂直于板发射光输出光束质量。 在谐振器反射镜的辐射表面在层中达因形式1/4波具有不同的施加 的折射率。 在单芯片上可以进行几百个激光器，这带来了大规模生产的可能性。

ÇVECSEL激光器光的能量输入，并且能够在一个锁模产生的几瓦的功率质量良好的光束的外部谐振器。

基于所述频带中的跳变（对比于带间）工作的半导体激光器量子级联型。 这些设备发出在红外光谱中的中间区域，有时在太赫兹范围内。 他们的使用，例如，作为气体分析仪。

半导体 激光器：应用程序 和主要方面

高功率二极管激光器具有高度在中等电压电泵浦被用作供给能量的非常有效的手段 固态激光器。

半导体激光器可以在一个大的频率范围内，其包括可见光，近红外和中红外光谱的一部分来操作。 创建的设备也改变izducheniya频率。

激光二极管可以快速切换和调制，在光纤通信线路发射机中使用的光功率。

这些特性由半导体激光器技术的微波激射器最重要的一种。 它们被用于：

• 遥测传感器，高温计，光高度计，测距仪，景点，全息;
• 在光纤传输系统和数据存储，相干通信系统;
• 激光打印机，视频投影机，指针，条码扫描仪，图像扫描仪，CD播放机（DVD，CD，蓝光）;
• 在安全系统，量子密码学，自动化，指标;
• 在光学计量和光谱;
• 在外科，牙科，美容，治疗;
• 水净化，材料处理，固态激光器的泵浦，在工业分拣点火系统空中防御系统的化学反应，工业机械，和进行控制。

脉冲输出

大多数半导体激光器产生的连续光束。 由于在传导能级电子的停留时间短它们不是很适于产生Q开关脉冲，但操作的准连续模式可以显著提高量子发生器的功率。 此外，可用于的超短脉冲锁模或增益的切换的产生半导体激光器。 平均功率短脉冲，通常只限于几毫瓦除了VECSEL-光泵浦激光器，其输出瓦特数测量皮秒脉冲与在几十千兆赫的频率。

调制和稳定

在半导体激光器的导带短的停留电子的优点是，以调节其具有VCSEL激光器超过10GHz的高频的能力。 它已经在光学数据传输，光谱学，激光稳定被使用。