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半導體激光器的發(fā)展

時間:2021-01-07 來源:新特光電 訪問量:3043

激光技術作為工業(yè)制造領域的一股核心驅動力量,本身也在不斷向前發(fā)展??偨Y來說,激光器正在向著“更快、更高、更好、更短”這四大方向發(fā)展。

自1962年世界上第一臺半導體激光器發(fā)明問世以來,半導體激光器發(fā)生了巨大的變化,極大地推動了其他科學技術的發(fā)展,被認為是二十世紀人類最偉大的發(fā)明之一。半導體激光器的應用范圍覆蓋了整個光電子學領域,已成為當今光電子科學的核心技術。由于半導體激光器的體積小、結構簡單、輸入能量低、壽命較長、易于調制以及價格較低廉等優(yōu)點,使得它在光電子領域中應用也是非常廣泛,已受到世界各國的高度重視。

20世紀60年代初期的半導體激光器是同質結型激光器,它是在一種材料上制作的pn結二極管。在正向大電流注入下電子不斷地向p區(qū)注入,空穴不斷地向n區(qū)注入。于是,在原來的pn結耗盡區(qū)內實現(xiàn)了載流子分布的反轉,由于電子的遷移速度比空穴的遷移速度快,在有源區(qū)發(fā)生輻射、復合,發(fā)射出熒光,在一定的條件下發(fā)生激光,這是一種只能以脈沖形式工作的半導體激光器。半導體激光器發(fā)展的第二階段是異質結構半導體激光器,它是由兩種不同帶隙的半導體材料薄層,如GaAs,GaAlAs 所組成,最先出現(xiàn)的是單異質結構激光器。單異質結注入型激光器(SHLD)GaAsP -N 結的p區(qū)之內,以此來降低閥值電流密度,其數(shù)值比同質結激光器降低了一個數(shù)量級,但單異質結激光器仍不能在室溫下連續(xù)工作。

從20世紀70年代末開始,半導體激光器明顯向著兩個方向發(fā)展,一類是以傳遞信息為目的的信息型激光器,另一類是以提高光功率為目的的功率型激光器。在泵浦固體激光器等應用的推動下,高功率半導體激光器(連續(xù)輸出功率在100mw以上,脈沖輸出功率在5W以上,均可稱之謂高功率半導體激光器)。

在 20 世紀90年代取得了突破性進展,其標志是半導體激光器的輸出功率顯著增加,國外千瓦級的高功率半導體激光器已經(jīng)商品化,國內樣品器件輸出已達到 600W。

我國在半導體激光行業(yè)發(fā)展的首要需求是保障國家戰(zhàn)略安全。半導體激光器是光通信、激光傳感、激光加工、激光泵浦的核心元器件,還可以直接應用于激光雷達、激光測距、激光武器、導彈制導、光電對抗等領域。

從半導體激光器產(chǎn)業(yè)與上下游產(chǎn)業(yè)的關系來看,其產(chǎn)業(yè)帶動能力強、先發(fā)效應明顯,在產(chǎn)品中的性能比重遠大于其價格比重。半導體激光器是系統(tǒng)應用的核心競爭力,對器件的功能和可靠性的系統(tǒng)驗證又需要長時間、大樣本量的閉環(huán)優(yōu)化,試錯成本高,形成了較高的“門檻”。在半導體激光器產(chǎn)業(yè)成熟的這一過程中,領先者與追趕者的差距被進一步拉大。

我國半導體激光器產(chǎn)業(yè)長期處于追趕階段,在某些領域實現(xiàn)引領是行業(yè)發(fā)展的迫切需求。從實際出發(fā),針對新應用,開發(fā)新器件,占據(jù)“先發(fā)優(yōu)勢”,是實現(xiàn)超越的有效途徑。

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