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半导体激光发射器的应用与工作原理

2017-05-16
类别:行业趋势
eye 1397
文章创建人 拍明

  半导体激光发射器由于其体积小、激光性能良好、价格不高、结构简单、使用寿命长、使用安装便捷等一系列优点,使其在各种激光发射领域中有独树一帜的优势,在各种工业应用中独放异彩。利用点光源、线光源、十字光源半导体激光器被广泛的应用于工业机械、电动工具、建筑装璜等领域的激光定位测距、激光标线、激光水平、激光垂准仪、激光指示仪、激光娱乐照明等。

  一、光学干涉仪广泛应用于各种高精度测量领域,尤其是光学元件(光纤连接器、透镜、棱镜等)、光盘等物体的表面形状,折射率分布及被测物体的振动和位移等物理量的高精度测量,它在高科技领域中发挥着重要的作用。但它的最大缺点是对测量环境的震动干扰非常敏感、一般测量需在笨重而昂贵的防震台上进行,无法在机械性噪音较严重的生产现场环境中使用。而采用反馈技术的半导体激光有源干涉仪由于利用半导体激光器的激光发射频率随它的激励电流的变化而变化的特点,可以实现当干涉仪受到外部的震动影响时采取反馈技术而达到稳定干涉仪的目的,因此具有非常强的抗干扰能力(其抗震能力比传统干涉仪提高了五十倍至上百倍),且体积小、重量轻,移动方便,可在一般生产现场中使用,能对加工产品作在线检测,具有很大实用性和推广价值。

  二、采用高品质的激光二极管专业研发并生产各种类型的工业用或通讯用的半导体激光发射器,各种准直激光光源、激光器驱动电路、激光器专用电源等。半导体激光发射器的类型包括:点光源激光器(点状圆型光斑)、线光源激光器(线型 光斑)、十字光源激光器(十字型光斑)。可制成激光定位器、红外激光标线器、激光指示器等。

  三、光纤通信已经成为当代通信技术的主流。半导体激光器是光纤通信系统的唯一实用化的光源。应用极其广泛,如:

  光盘存取。半导体激光已经用于光盘存储器,其最大优点是存储信息量很大。采用蓝、绿激光能够大大提高光盘的存储密度。

  光谱分析。远红外可调谐半导体激光器已经用于环境气体分析,监测大气污染、汽车尾气等。

  光信息处理。半导体激光器已用于光信息处理系统。

  表面发射半导体激光器,二维列阵是光并行处理系统的理想光源,可用于光计算和光神经网络。

  激光微细加工。借助于Q开关产生的高能量超短光脉冲,对集成电路进行切割、打孔等。

  激光报警器。半导体法庭光报警器的用途甚广,包括防盗窃案报警、水位报警、车距报警等。

  激光机打印机。高功率半导体激光器已经用于激光打印机,采用蓝、绿激光能够大大提高打印速度和分辨率。

  激光条码扫描器。激光条码扫描器已广泛用于商品的销售以及图书和档案的管理。

  抽运固体激光器。这是高功率半导体激光器的一个重要应用,采用它来取代原来的氙灯,可以构成全固态激光系统。

  高清晰度激光电视。不久的将来,没有阴极射线管的半导体激光电视机可以投放市场,它利用红、蓝、绿三色激光,估计其耗电量比现有的电视机低20%

  各类激光医疗器械。便携式激光采指血仪,采用铱-铒激光,光学准直与镆系溶为一体,体积小、重量轻,加上应用仿生态学的技术,使激光发射系统定位精确,能耗低。除此之外,各类激光治疗仪和手术刀等器械也更广泛的应用到了激光这一技术。

  半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件:

  增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布。在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注人必要的载流子来实现,将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去.当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.

  半导体激光发射器的应用与工作原理.jpg

  要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜.F-p(法布里一拍罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与Pn结平面相垂直的自然解理面构成FP.

  为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的损耗,不断增加腔内的光场.这就必须要有足够强的电流注入,即有足够的粒子数反转,粒子数反转程度越高,得到的增益就越大,即要求必须满足一定的电流阀值条件.当激光器达到阀值,具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大,最后形成激光而连续地输出.可见在半导体激光器中,电子和空穴的偶极子跃迁是基本的光发射和光放大过程对于新型半导体激光器而言,人们目前公认量子阱是半导体激光器发展的根本动力.量子线和量子点能否充分利用量子效应的课题已延至本世纪,科学家们已尝试用自组织结构在各种材料中制作量子点,而GaInN量子点已用于半导体激光器.另外,科学家也已经做出了另一类受激辐射过程的量子级联激光器,这种受激辐射基于从半导体导带的一个次能级到同一能带更低一级状态的跃迁,由于只有导带中的电子参与这种过程,因此它是单极性器件.[1]

  特点

  激光二极管的优点是效率高、体积小、重量轻且价格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%P-N型也达到数%~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(带宽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。

  通常激光器封装形式主要包括单管、Bar条、阵列(Stack)、光纤耦合模块四种形式,其中光纤耦合模块主要用作光纤激光器的泵浦光源。

  应用

  半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器,由于它的波长范围宽,制作简单、成本低、易于大量生产,并且由于体积小、重量轻、寿命长,因此,品种发展快,应用范围广,目前已超过300种,半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网,850nm波长的半导体激光器适用于)1Gh/。局域网,1300nm -1550nm波长的半导体激光器适用于1OGb局域网系统.半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术.半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用,形成了广阔的市场。1978年,半导体激光器开始应用于光纤通信系统,半导体激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统.由于半导体激光器有着超小型、高效率和高速工作的优异特点,所以这类器件的发展,一开始就和光通信技术紧密结合在一起,它在光通信、光变换、光互连、并行光波系统、光信息处理和光存贮、光计算机外部设备的光祸合等方面有重要用途.半导体激光器的问世极大地推动了信息光电子技术的发展,到如今,它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.半导体激光器再加上低损耗光纤,对光纤通信产生了重大影响,并加速了它的发展.因此可以说,没有半导体激光器的出现,就没有当今的光通信.GaAs/GaAlA。双异质结激光器是光纤通信和大气通信的重要光源,如今,凡是长距离、大容量的光信息传输系统无不都采用分布反馈式半导体激光器(DFBLD).半导体激光器也广泛地应用于光盘技术中,光盘技术是集计算技术、激光技术和数字通信技术于一体的综合性技术.是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存储手段,它需要半导体激光器产生的光束将信息写人和读出.[2]

  工作原理及特点

  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。半导体激光器优点是体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。 封装技术 技术介绍 半导体激光器封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的,但却有很大的特殊性。一般情况下,分立器件的管芯被密封在封装体内,封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而半导体激光器封装则是完成输出电信号,保护管芯正常工作、输出可见光的功能。既有电参数,又有光参数的设计及技术要求,无法简单地将分立器件的封装用于半导体激光器

 



责任编辑:Davia

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