半导体激光器

半导体激光器Semiconductorlaser汇报人：???????发展发光机制工作原理常见类型市场应用简介•半导体激光器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。•半导体激光器是世界上发展最快、应用最广泛、最早走出实验室实现商用化且产值最大的一类激光器。发展•半导体激光（Semiconductorlaser）在1962年被成功激发，在1970年实现室温下连续输出。后来经过改良，开发出双异质结结合型激光及条纹型构造的激光二极管（Laserdiode）等，广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器（激光笔），是目前生产量最大的激光器。特点•激光二极体的优点有：效率高、体积小、重量轻且价格低。尤其是多重量子阱型的效率有20~40%，P-N型也达到数10%~25%，总而言之，能量效率高是其最大特色。另外，它的连续输出波长涵盖了红外线到可见光范围，而光脉冲输出达50W（脉宽100ns）等级的产品也已商业化，作为激光雷达或激发光源可说是非常容易使用的激光的例子。Q&A当电子从上面导带跳下来，进入下面价带时，损失了一部分能量，这些能量就变成光子发射出来，就是通俗的发光。半导体为什么会发光？能带关系1.半导体的禁带很窄，满带中的电子较容易进入导带，导带中的电子在外场作用下运动而参与导电。2.绝缘体的禁带很宽，满带中的电子很难进入导带，导电性很差。3.金属导体没有禁带，可显示很强的导电性。激光的概念•激光，英文laser，是英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation受激辐射放大光的缩写•1960年，美国物理学家梅曼（Maiman）在实验室中做成了第一台红宝石（Al2O3:Cr）激光器。•我国于1961年研制出第一台激光器（长春光机所，长春光机学院）。•从此以后，激光技术得到了迅速发展，引起了科学技术领域的巨大变化。激光器产生激光的条件是：•粒子束反转：选择具有能级结构的工作物质，在工作物质中能形成粒子束反转，为受激辐射的发生创造条件；•光学谐振腔：选择一个适当结构的光学谐振腔。对所产生受激辐射光束的方向、频率等加以选择，从而产生单向性、单色性、强度等级高的激光束；•一定的阈值条件：外部的工作环境必须满足一定的阈值条件，以促进激光的产生。为保证实现粒子束反转，必须有：•激励能源（泵浦）——电、光、气体放电、化学、核能等。•工作物质（激活物质）——实现粒子束反转。激光的特点：•方向性号•单色性强•亮度高•相干性好激光器种类：按工作物质性质：•气体激光器•固体激光器•半导体激光器•液体激光器按工作方式：•连续型•脉冲型其他激光器：•光纤激光器•化学激光器•气动激光器•色心激光器•自由电子激光器•单原子激光器•X射线激光器半导体异质结的发光与吸收自发辐射与受激辐射：导带的电子不稳定，向价带跃迁与空穴复合而发出光子--光辐射如果跃迁是自发的，则光子具有随机的方向、相位及偏振态，称为自发辐射。如果收到入射光子的激励，辐射的光子与入射的光子具有相同的方向、相位及偏振态，称为受激辐射。光作用下的跃迁与辐射光学谐振腔：法布里-珀罗（F-P）谐振腔1.将工作物质置于光学谐振腔（F-P谐振腔）2.光的产生及方向选择•少数载流子的自发辐射产生光子•偏离轴向的光子产生后穿出有源区，得不到放大•轴向传播的光子引发受激辐射，产生大量相干光子3.通过来回反射，特定波长的光最终得到放大，并被输出半导体激光器通用结构•有源区（又称增益区）：实现粒子束反转分布，有光增益的区域，有源区通常由一个或多个垂直方向的PN结组成。•光反馈装置：在光学谐振腔内提供必要的正反馈以促进激光震荡。•频率选择原件：用来选择由光反馈装置决定的所有纵模中的一个模式。•光束的方向选择原件：光反馈装置可以选择激光器光束的方向。•光波导：用于对所产生的光波在器件内部进行引导。工作原理•半导体激光器是依靠注入载流子工作的，发射激光必须具备三个基本条件：（1）要产生足够的粒子数反转分布，即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数；（2）有一个合适的谐振腔能够起到反馈作用，使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡；（3）要满足一定的阈值条件，以使光子增益等于或大于光子的损耗。•半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。半导体激光器的工作原理简单的半导体激光器由带系能量较高的P型和N型半导体材料和一层很薄的有源层构成。在PN结上加上正向偏置电压后，电子从N区向P区流动，空穴从P区向N区流动，在作用区内，电子和空穴复合产生光子。当注入电流很小时，注入结区的电子和空穴数目相对减少，此时只能自发辐射（荧光），光向四面八方传播；当注入电流大到一定程度时，便向外输出激光。LD温控设置各类激光设备F-P腔半导体激光器量子阱半导体激光器是指有源区采用量子阱结构的半导体激光器垂直腔表面发射激光器（VCSEL）分布反馈式（DFB）激光器半导体激光器的应用产业和技术方面的应用军事方面的应用中国的激光武器激光炮（高能激光束武器）激光炮是一种高能激光武器，利用强大的定向发射激光束直接毁伤目标或使之失效。而根据作战用途，这种新型武器分为战术激光武器和战略激光武器两大类。激光武器是一种定向能武器，利用强大的定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效。激光武器具有攻击目标速度快、转移火力快(只需零点几杪)、效费比高，势必将成为资讯战时代的重点武器装备。目前世界范围内，俄罗斯的理论研究处于领先地位，美国在激光武器应用中处于领先地位。洫青激光治疗仪洫青激光治疗仪是一台改善心脑供血不足，拯救脑血栓、冠心病患者的微型激光设备。采用650纳米的低强度激光照射桡动脉体及通里穴、灵道穴、内关穴和鼻腔产生的光化学效应，是血液动力学和血脂、血糖代谢得到改善，从而提高红细胞携养能力和变形能力，降低血液粘稠度，降低血脂，降低血糖，达到治疗三高症及心脑血管病的目的。谢谢观赏