半导体激光器的应用和特点?半导体激光器的分类及应用有哪些?

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半导体激光器的应用和特点?

半导体激光器在激光打标机上应用的比较多。武汉畅新激光专业生产半导体激光打标机,可标记各种金属材料。适用于要求更精细、精度更高的加工需求。广泛应用于电子元器件、手机通讯、钟表眼镜、汽车摩托车配件、塑料按键、五金、餐具、五金工具、仪表、卫浴洁具、医疗器械、工艺品、PVC管材、家用电器、标牌和包装等行业。

半导体激光器的分类及应用有哪些?

半导体激光器的分类有多种 *** 。按波长分:中远红外激光器、近红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等;按结构分:双异质结激光器、大光腔激光器、分布反馈激光器、垂直腔面发射激光器;按应用领域分:光通信激光器、光存储激光器、大功率泵浦激光器、引信用脉冲激光器等;按管心组合方式分:单管、阵列(线阵、面阵);按注入电流工作方式分:脉冲、连续、准连续等。
半导体激光的应用十分广泛,如激光切割,激光焊接,激光打标,激光打孔,激光雕刻,激光医疗,激光美容,激光显示,激光全息,激光照排,激光制冷,激光检测以及激光测量等等。

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半导体激光器(将此文翻译成英文)(将此文翻译成英文)

半导体激光器又称激光二极管(LD)。进入八十年代,人们吸收了半导体物理发展的最新成果,采用了量子阱(QW)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构,引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bragg发射器最新技术,同时还发展了MBE、MOCVD及CBE等晶体生长技术新工艺,使得新的外延生长工艺能够精确地控制晶体生长,达到原子层厚度的精度,生长出优质量子阱以及应变量子阱材料。于是, *** 出的LD,其阈值电流显著下降,转换效率大幅度提高,输出功率成倍增长,使用寿命也明显加长。
A 小功率LD
用于信息技术领域的小功率LD发展极快。例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈(DFB)和动态单模LD、窄线宽可调谐DFB-LD、用于光盘等信息处理技术领域的可见光波长(如波长为670nm、650nm、630nm的红光到蓝绿光)LD、量子阱面发射激光器以及超短脉冲LD等都得到实质性发展。这些器件的发展特征是:单频窄线宽、高速率、可调谐以及短波长化和光电单片集成化等。
B 高功率LD
1983年,波长800nm的单个LD输出功率已超过100mW,到了1989年,0.1mm条宽的LD则达到3.7W的连续输出,而1cm线阵LD已达到76W输出,转换效率达39%。1992年,美国人又把指标提高到一个新水平:1cm线阵LD连续波输出功率达121W,转换效率为45%。现在,输出功率为120W、1500W、3kW等诸多高功率LD均已面世。高效率、高功率LD及其列阵的迅速发展也为全固化激光器,亦即半导体激光泵浦(LDP)的固体激光器的迅猛发展提供了强有力的条件。
近年来,为适应EDFA和EDFL等需要,波长980nm的大功率LD也有很大发展。最近配合光纤Bragg光栅作选频滤波,大幅度改善其输出稳定性,泵浦效率也得到有效提高。
特点及应用范围:半导体二极管激光器是实用中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以及获得了广泛的应用。

Also known as laser diode laser diode (LD). Into the 1980s, it absorbed the physical development of the semiconductor up-to-date results, the use of quantum well (QW) and strained quantum well (SL-QW) structures, such as novelty, the introduction of the refractive index modulation Bragg launchers, as well as to enhance Bragg modulation tran *** itter The latest technology, as well as the development of the MBE, MOCVD and the CBE, such as crystal growth technology of the new technology, making new epitaxial growth technology to precisely control crystal growth to the accuracy of atomic layer thick, high-quality growth of quantum wells, as well as strained quantum well materials. As a result, production of the LD, the current threshold of a significant decline in conversion efficiency has been greatly improved the power output doubled, significantly longer service life.
A low-power LD
In the field of information technology for the rapid development of low-power LD. For example, for fiber-optic communications and optical switching systems distributed feedback (DFB) and the dynamic single-mode LD, narrow linewidth tunable DFB-LD, such as CD-ROM for information processing technology in the field of visible light Wavelength (such as wavelength of 670nm, 650nm, 630nm The blue-green to red) LD, surface-emitting quantum well, as well as ultra-short laser pulses substantive, which are all treated the development of LD. The development of these devices are: narrow-linewidth single-frequency, high-speed, as well as short-wavelength tunable optical and integrated single-chip, and so on.
B high-power LD
In 1983, a single wavelength of 800nm output power LD more than 100mW, to 1989, 0.1mm-wide LD be reached 3.7W continuous output, and 1cm linear array LD has reached 76W output, the conversion efficiency of 39%. In 1992, the Americans also targets to a new level: 1cm linear array LD CW output power up to 121W, the conversion efficiency of 45%. Now, the output power of 120W, 1500W, 3kW and many other high-power LD have been published. High-efficiency, high power LD array and its rapid development for all-solid-state laser, diode laser that is pumped (LDP) of the rapid development of solid-state laser provides strong.
In recent years, in order to adapt to the EDFA and the EDFL, and other needs of the wavelength of 980nm high-power LD is that there is great development. Fiber Bragg Grating with recently selected frequency for filtering, a significant improvement in the stability of its output, pump effectively improve the efficiency.
And the characteristics of the application: semiconductor diode laser is the most important practical for a class of lasers. Its *** all size, long life, and a simple injection of current-pumped his way to work with the voltage and current circuit-compatible, which can be integrated with a single. And also can be as high as GHz frequency modulation direct current for high-speed modulation of laser output. As a result of these advantages, the semiconductor diode laser in the laser communications, optical storage, optical gyros, laser printing, as well as radar range, and so on, as well as access to a wide range of applications.

目前,大功率半导体激光器的主要结构形式是由许多发光区等距离地排列在一条直线上的长条状,通常称为激光

目前,大功率半导体激光器的主要结构形式是由许多发光区等距离地排列在一条直线上的长条状,通常称为激光二极管条.但这样的半导体激光器发出的是很多束发散光束,光能分布很不集中,不利于传输和应用.为了解决这个问题,需要根据具体应用的要求,对光束进行必需的变换(或称整形).如果能把一个半导体激光二极管条发出的光变换成一束很细的平行光束,对半导体激光的传输和应用将是非常有意义的.为此,有人提出了先把多束发散光会聚到一点,再变换为平行光的方案,其基本原理可通过如下所述的简化了的情况来说明.如图,S1、S2、S3是等距离(h)地排列在一直线上的三个点光源,各自向垂直于它们的连线的同一方向发出半顶角为?=arctan(1/4)的圆锥形光束.请使用三个完全相同的、焦距为f=1.50h、半径为r=0.75h的圆形薄凸透镜,经加工、组装成一个三者在同一平面内的组合透镜,使三束光都能全部投射到这个组合透镜上,且经透镜折射后的光线能全部会聚于z轴(以S2为起点,垂直于三个点光源连线,与光束中心线方向相同的射线)上距离S2为 L=12.0h处的P点.(加工时可对透镜进行外形的改变,但不能改变透镜焦距.)(1)求出组合透镜中每个透镜光心的位置.(2)说明对三个透镜应如何加工和组装,并求出有关数据.
半导体激光器的应用和特点?半导体激光器的分类及应用有哪些?-第1张图片-技术汇
解:(1)考虑到使3个点光源的3束光分别通过3个透镜都成实像于P点的要求,组合透镜所在的平面应垂直于z轴,三个光心O1、O2、O3的连线平行于3个光源的连线,O2位于z轴上,如图1所示.
图中MM′表示组合透镜的平面,
S
1
S
2
S
3
为三个光束中心光线与该平面的交点. 
.
S2O2
=u就是物距.根据透镜成像公式有:
 
1
u
+
1
L?u
1
f
…①
可解得:
u=
1
2
(L±
L2?4fL
)

因为要保证经透镜折射后的光线都能全部会聚于P点,来自各光源的光线在投射到透镜之前不能交叉,必须有2utanα≤h,即u≤2h.在上式中取“-”号,代入f 和L的值,算得:
u=(6?3
2
)h
≈1.757h…②
此解满足上面的条件.
分别作3个点光源与P点的连线.为使3个点光源都能同时成像于P点,3个透镜的光心O1、O2、O3应分别位于这3条连线上(如图1).由几何关系知,有
.
O1O2
.
O2O3
L?u
L
h=(
1
2
+
1
4
2
)
h≈0.854h…③
即光心O1的位置应在
S
1
之下与

12.半导体激光器在使用时为什么要有控制电路?如果不加控制电路,系统会如何?

半导体光源3——半导体激光器的结构、工作原理和工作特性

Nikki
半导体激光器的结构、工作原理和工作特性
半导体的基本概念
(1) 本征半导体的能带分布

本征半导体就是指没有任何外来杂质的理想半导体。

由于半导体本身是固体,原子排列紧密,使得电子轨道相互重叠,从而使半导体的分立能级形成了能带。

本证半导体的能带分布从上到下依次为导带、(禁带)、价带、满带。

满带:电子填充能带时,总是从能量更低的能带向上填充,能量更低的满带被电子占满不能移动,电子移动形成电流,故满带中的电子不起导电作用。

价带:可能被电子占满,也可能被占据一部分。

禁带Eg:禁止电子在此区域停留,但可以穿越此区域。由于本征半导体是一个统一的热平衡系统,我们知道,对一个物质来说,如果是一个统一的热平衡系统的话,它就有一个费米能级Ef。对本征半导体这种材料,它的费米能级处于导带和价带之间的禁带区域中。

导带:其中的电子具有导电作用(空间大,电子可以自由移动)。

(2) P型半导体和N型半导体的形成

如果向本征半导体内掺入不同杂质元素,则相当于给半导体材料提供导电的电子或空穴。

将向本征半导体材料掺入提供电子的杂质元素后而形成的半导体材料称为N型半导体,它属于电子导电型;

将向本征半导体材料掺入提供空穴的杂质元素后而形成的半导体材料称为P型半导体,它属于空穴导电型。

(3) P-N结的形成

当P型半导体和N型半导体结合在一起时,即形成P-N结。由于相互间的扩散作用,使得靠近界面的地方,N区剩下带正电的离子,P区剩下带负电的离子,在结区形成空间电荷区。

由于空间电荷区的存在,出现了一个由N指向P的电场,称为内建电场。

在内建电场的作用下,由于电子向P区移动,在结区内,使得P区的电子电位能相对于N区提高。(电子点位能越高,实际指的是越负)

作为半导体材料,我们说其有三个能带,导带、(禁带)、价带、满带。按上图所示,粉色线以上是导带,绿色线以下是价带,再往下是满带,绿色线和粉色线之间的区域是禁带。

由于内建电场的作用下, P区的电子电位高于N区,此时的P-N结是一个热平衡系统,会有一个统一的费米能级,就是图中所示的虚线,在N型半导体中,费米能级在粉色线以上,在P型半导体中,费米能级在价带中。

根据费米能级的意义,其指的是物质中粒子分布情况的一个参量,比费米能级高的导带中粒子数少,而比费米能级低的导带中粒子数多,禁带中不存在电子。由此形成了P-N结的能带分布。

但是,此时P-N结的能带分布仍然是一个正常的物质分布状态,并没有被激活使之处于粒子数的反转分布状态,所以还不能发激光。

激活:当给P-N结外加正向偏压(即P接正、N接负)后,抵消了一部分内建电场的作用,P区的空穴和N区的电子不断注入P-N结,破坏了原来的热平衡状态,在P-N结出现了两个费米能级。此时,N型半导体中的费米能级还是在导带里,而P型半导体的费米能级还是在价带以下。

此时,在P-N结中(即中间区域),导带中低于费米能级的粒子数多,而价带中高于费米能级的粒子数少。如果把P-N结作为一个统一的整体,对P-N结来说,高能级的电子数反而多,低能级的电子数反而少,处于粒子数的反转分布状态。此时的P-N结就被激活了,这时候,如果外来的光子一激发,就会出现受激辐射的过程大于受激吸收的过程,从而实现光的放大。

半导体激光器的工作原理
当P-N结外加正向偏压足够大时,将使得结区处于粒子数的反转分布状态,在外来光子的激发下,即出现受激辐射>受激吸收→产生光的放大

被放大的光在由P-N结构成的光学谐振腔(谐振腔的两个反射镜是由半导体材料的天然解理面形成)中来回反射,不断增强,当满足阈值条件(不断放大的光要能抵消损耗,才有多余的光输出形成激光,G=α)后可发出激光。

半导体激光器的结构
用半导体材料作为激活物质的激光器,称为半导体激光器。

在半导体激光器中,从光振荡的形式上来看,主要有两种方式构成的激光器:

(1) 用天然解理面形成的F-P腔(法布里-珀罗谐振腔),称为F-P腔激光器;

F-P腔激光器从结构上又可分为:

1、 同质结半导体激光器

是一种结构最简单的半导体激光器,其核心部分是一个P-N结,由结区发出激光。它不能在室温下连续工作,只有异质结半导体激光器才能进入实用。

注:“结”是由不同的半导体材料制成的。

2、 单异质结半导体激光器

3、 双异质结半导体激光器

(2) 分布反馈型(DFB)激光器。

半导体激光器的工作特性
1、 阈值特性

对于半导体激光器来说,当外加正向电流达到某一值时,输出光功率将急剧增加,这时将产生激光振荡,这个电流值称为阈值电流,用It表示。

阈值特性可以用输入输出特性曲线进行表示。我们知道,激光器是将电信号变为光信号的器件,因此它的输入我们可以用工作电流来表示,输出可以用输出光功率来表示。

在转换过程中,当我们给半导体激光器加入电流时,这时候是可以发光的,但是这时候的光比较弱。如果我们继续增大工作电流,当增加到某一个值的时候,输出光功率会突然增加,也就是说,它有一个拐点,从发出比较弱的光到发出比较强的光中间有一个拐点,这个拐点,我们就称为阈值电流。这个阈值电流是用来衡量激光器什么时候发激光的一个电流值,如果外加正向电流小于阈值电流,这时候激光器也会发光,但是发出来的光很弱,属于荧光,只有当外加正向电流超过阈值电流,这时候激光器发出来的光才属于激光。

为了使光纤通信系统稳定可靠地工作,It越小越好。

2、 光谱特性

当I<It,荧光,光谱宽,光强弱

当I>It,激光,光谱窄(光谱窄,所包含的频率成分少,把这样的光注入到光纤中传输时,产生的色散就会减小,色散小了信号的失真也小,更有利于提高传输特性),光强强(信号传输可以更远)

单模激光器

发出的激光是单纵模,它所对应的的谱线只有一根谱线。

多模激光器

发出的集光是多纵模,对应的是多谱线。

根据谐振频率的公式 ,q取一个值的时候对应的频率称为单纵模,而多纵模是会同时发出多个q对应的频率,很显然单模激光器的特性会比多模好。

单模激光器与多模激光器的输出光谱图
一般,在观测激光器光谱特性时,光谱曲线更高点所对应的波长为中心波长,而比更高点功率低3dB时曲线上的宽度为谱线宽度。

3、 温度特性

激光器的阈值电流和光输出功率随温度变化的特性为温度特性。

当温度增加时,阈值电流增加,输出光功率下降

当温度降低时,阈值电流下降,输出光功率上升

为了使光纤通信系统稳定、可靠地工作,一般都要采用各种自动温度控制电路来稳定激光器的阈值电流和输出光功率。

同时,随着使用时间的增加,阈值电流也会逐渐增大。

4、 转换效率

半导体激光器是把电功率直接转换成光功率的器件。

衡量转换效率的高低常用功率转换效率来表示:

功率转换效率 定义为:输出光功率与消耗的电功率之比。

其中,R——是与激光器的内部量子效率、激光波长和模式损耗有关的常数

V——是工作电压

——是阈值电流

I——是工作电流