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高功率半導體激光器歷程回顧與產業現狀

發布日期:2019-03-08  華人噴碼網  來源:OFweek激光網
核心提示激光技術已成為現代生活中不可替代的技術之一,不論是工業加工、醫療美容、光纖通信,還是近年來火熱的無人駕駛、智能機器人等,都與激光技術息息相關。今天我們主角是半導體激光器,小編將帶大家一起回顧它的發展歷
激光技術已成為現代生活中不可替代的技術之一,不論是工業加工、醫療美容、光纖通信,還是近年來火熱的無人駕駛、智能機器人等,都與激光技術息息相關。今天我們主角是半導體激光器,小編將帶大家一起回顧它的發展歷程及產業現狀。
半導體激光器發展史
從理論發展到實驗室研制
激光的起源可以追溯到1916年愛因斯坦發布的《關于輻射的量子理論》 一文。愛因斯坦首次提出受激輻射理論,為日后激光的發展提供了理論基礎。40年后,關于能否用半導體材料形成激光的話題開始被物理學家注意,艾格瀚等科學家提出了許多半導體激光器的設想及可能。
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經過幾年的論證與實驗,同質結GaAs半導體激光器于1962問世。但由于同質結半導體激光器的臨界電流密度很高,不能在室溫下實現連續受激激發,導致其幾乎沒有任何實用性。因此半導體激光器的研究方向指向了“實現室溫情況下連續受激激發”。
為解決臨界電流密度高的問題,科學家們提出了異質結構半導體激光器的概念,通過用不同帶隙的半導體材料薄層組成“結”,有效地降低了臨界電流密度。1967年,單異質結半導體激光器問世。與同質結半導體激光器相比,單異質結半導體激光器臨界電流密度有了大幅度的下降,但仍處在一個較高的位置,未能實現室溫條件下的連續受激激發的研究目標。盡管如此,單異質結半導體激光器的歷史地位也不容輕視,它所使用的異質結結構與液相外延技術,為接下來的研究提供了重要的理論基礎和技術支持。
穩定激發、提高壽命,半導體激光器走向實際應用
異質結構的成功運用為科學家指明了方向。既然單異質結半導體激光器的臨界電流密度仍然偏高,那么雙異質結構效果怎么樣呢?
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1969年9月,Leningrad Ioffe研究所發布了雙異質半導體激光器(AlxGa1-xAs--GaAs)初步的研究成果。1970年初,貝爾實驗室成功降低了雙異質半導體激光器的臨界電流密度, 實現了室溫條件下的連續受激激發,宣告雙異質半導體激光器面世。同年5月,Leningrad Ioffe研究所也成功實現雙異質半導體激光器在室溫下的連續受激發射。
室溫下連續受激發射是激光器走向實用性的第一步。解決了室溫下可用,就該考慮室溫下耐用的問題了,半導體激光器的研究方向也隨之轉向“實現器件的長壽命與穩定性”。
國際科研人員通過不斷改進器件結構,逐步提高了半導體激光器的工作壽命,在1977年實現了雙異質短波長半導體激光器連續工作1×106個小時。此后,美、日等國就改進器件結構、提高器件穩定性、降低損耗等方面展開研究,研制出CDH、BH、TJS、CDH等結構的AlGaAs—GaAs激光器,均實現了溫室下連續受激激發及單模化工作。
長壽命光源的出現,為半導體激光器走向實際應用鋪平了道路。研究人員發現,半導體激光器的波長與光纖十分相配,非常適宜用于光纖通信,因此半導體激光器搭上了光纖通信的發展列車,在不斷進步的同時也推動著光通信行業的發展。
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