半导体激光器应用课件.ppt
半导体激光器的分类及应用光电14王晓东什么是半导体激光器？n n半导体激光器又称激光二极管，半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件n n这里的半导体材料常见的有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)激光的产生：激光的产生：当在半导体中实现粒子数反转，使得受激辐射大于受激吸收，当在半导体中实现粒子数反转，使得受激辐射大于受激吸收，使得光增益大于光损耗，就可产生激光。使得光增益大于光损耗，就可产生激光。n n半导体中激光产生的条件：n n粒子数反转：产生大量的受激辐射n n光学谐振腔：实现光放大n n达到阈值电流密度：使得增益大于损耗半导体激光器的一般构成半导体激光器的一般构成构成部分：构成部分：1.1.有源区有源区 有源区是实现粒子数反转分布、有光增益的区域。有源区是实现粒子数反转分布、有光增益的区域。2.2.光反馈装置光反馈装置 在光学谐振腔内提供必要的正反馈以促进激光振荡。在光学谐振腔内提供必要的正反馈以促进激光振荡。3.3.频率选择元件频率选择元件 用来选择由光反馈装置决定的所有纵模中的一个模式。用来选择由光反馈装置决定的所有纵模中的一个模式。4.4.光波导光波导 用于对所产生的光波在器件内部进行引导用于对所产生的光波在器件内部进行引导n与其它激光器不同的是，半导体激光器具有层状结构,其作用相当于固体激光器的聚光腔，半导体激光器的谐振腔不是由外加反射镜构成，而是利用半导体本身的晶体解理面形成内反射腔，这使得半导体激光器结构很紧凑，避免了外加谐振腔可能产生的机械不稳定性，半导体激光器的电源简单，电流电压都很小，工作使用很方便、安全，优点。半导体激光器是如何分类的？n n按波长分：可见光激光器、红外长波激光器、远红外长波激光器。n n按材料分：-族材料激光器、-族材料激光器、硅基材料激光器。n n按结构分：同质结激光器、异质结激光器、大光腔激光器、分离限制SCH激光器、F-P激光器。什么是可见光激光器？n n半导体激光器有多种分类方式，其中按波长分有中远红外半导体激光器有多种分类方式，其中按波长分有中远红外激光器、近红外激光器、可见光激光器等多种类别。而可激光器、近红外激光器、可见光激光器等多种类别。而可见光半导体激光器便是其中一个重要的类别。它指的是输见光半导体激光器便是其中一个重要的类别。它指的是输出光波长在可见光范围内（出光波长在可见光范围内（400700nm400700nm）的一类半导体）的一类半导体激光器。激光器。可见光激光器的用途可见光激光器的激光颜色最常见的有红色蓝色和绿色。可见光激光器的激光颜色最常见的有红色蓝色和绿色。其中蓝、绿光激光在海水中传播时，损耗低，在水下其中蓝、绿光激光在海水中传播时，损耗低，在水下100m100m传播时的损耗要比传播时的损耗要比其他波长的光低约其他波长的光低约20db20db；蓝、绿光在水中的穿透能力达；蓝、绿光在水中的穿透能力达600m600m，因此，利用，因此，利用它可实现海中潜艇之间的通信，以及深水探测。它可实现海中潜艇之间的通信，以及深水探测。蓝紫色半导体激光器是指振荡波长为蓝紫色半导体激光器是指振荡波长为410nm410nm左右的半导体激光器。除了用左右的半导体激光器。除了用作蓝光光盘等的光源外，还有望用于照明光源和显示器光源等。日亚化学工作蓝光光盘等的光源外，还有望用于照明光源和显示器光源等。日亚化学工业、索尼、三洋电机以及夏普等已经实现了产品化。业、索尼、三洋电机以及夏普等已经实现了产品化。20072007年年4 4月月3030日，由中国科学院半导体研究所研发的氮化镓蓝光半导体激日，由中国科学院半导体研究所研发的氮化镓蓝光半导体激光器研究取得重大突破，首次实现室温连续激射的氮化镓半导体蓝光激光器。光器研究取得重大突破，首次实现室温连续激射的氮化镓半导体蓝光激光器。这是继这是继20042004年年1111月月1616日由半导体所首次在中国大陆实现氮化镓激光器脉冲日由半导体所首次在中国大陆实现氮化镓激光器脉冲激射后的又一个重大突破，标志着我国氮化镓（激射后的又一个重大突破，标志着我国氮化镓（GaSGaS）基蓝光半导体激光器）基蓝光半导体激光器研究向产品化、产业化迈出了极为关键和坚实的一步研究向产品化、产业化迈出了极为关键和坚实的一步 而红光激光在教学上得到了更多的运用而红光激光在教学上得到了更多的运用 n n激光笔里边就是一个半导体激光器,属于LED的一种.前边一般会加一个光学镜头用来聚焦.激光笔发出的激光属于固体激光,而激光笔里面的固体激光器也就是一个激光二极管.目前的激光笔大多数是红色,可以指示的长度比较远.激光炫目器n n激光眩目器采用人眼最为敏感的532nm绿激光，不仅在低亮环境下照亮数英里之外的物体，还能实现警示远距离之内的潜在目标和控制大片人群的目的。照射眼睛时能使眼睛短暂性失明和感到眩晕，从而快速制敌而不伤害人身生命。强烈耀眼地绿光光束能干扰敌方的的视觉传感器，使对方瞬间地攻击或反抗归于无效。n n绿光在光谱中间，也使绿光光波的光流、光压都处于中间，中间使它们乘积产生的绿光功率最大。一个是最适应，一个功率最大，所以人眼对绿光最敏感。什么是同质结激光器？n n同质结激光器是能带图不像双异质结的那样在“结”处有褶皱，而是平坦的，载流子不会在“结”处拥堵，密度远小于双异质结在“结”处的载流子密度的仪器什么是质结？n n同质结：其同质结：其pnpn结由同一种半导体材料构成结由同一种半导体材料构成异质结：其异质结：其pnpn结采用不同半导体材料构成结采用不同半导体材料构成双异质结：在宽带隙的双异质结：在宽带隙的p p型和型和N N型半导体材料之间型半导体材料之间插入一薄层窄带隙的材料插入一薄层窄带隙的材料 n n区别：区别：n n同质结同质结LEDLED：有源区对载流子和光子的限制：有源区对载流子和光子的限制作用很弱；作用很弱；异质结异质结LED:LED:n n(1)(1)带隙差形成的势垒将电子和空穴限制在有源带隙差形成的势垒将电子和空穴限制在有源区复合发光区复合发光n n（2 2）折射率光场有效地限制在有源区）折射率光场有效地限制在有源区 n n.同质结半导体激光器n n1978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耦合等方面有重要用途。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,并加速了它的发展谢谢
