半導體激光器：類型的設備，工作原理，使用

半導體激光器是量子發生器基於半導體有源介質，其中，由受激發射的光放大在量子能級之間的過渡處的該地區自由載流子的高濃度產生。

半導體激光：工作原理

通常情況下，多數電子位於價水平。 在方法光子能量超過能帶隙，半導體，電子進入激發狀態，和斷裂的禁區，移動到一個自由區，集中在其下邊緣。 同時，形成在價水平的孔，上升到它的上邊界。 在自由區中的電子與空穴複合，輻射能量等於破裂區域的能量，在光子的形式。 重組可以通過用足夠的能量水平的光子來增強。 數值描述相當於費米分佈函數。

設備

的半導體激光裝置是一個激光二極管泵浦的能量的電子和空穴在區域P-N -過渡-與導電半導體p型和n型的接觸點。 此外，存在與光的能量輸入，其中所述光束由光及量子級聯激光器，其基於所述區域內的過渡光子的吸收而形成的半導體激光器。

結構

在半導體激光器和其他光電器件中使用的典型化合物，如下所示：

• 砷化鎵;
• 磷化鎵;
• 氮化鎵;
• 磷化銦;
• 砷化銦鎵;
• 鎵鋁砷;
• 鎵 - 銦 - 鎵氮化物;
• 磷化物，鎵 - 銦。

波長

這些化合物 - 直隙的半導體。 Indirect-（矽）不發射用足夠的力和效率的光。 的波長 的輻射 的二極管激光器的 依賴於光子能量的能量接近特定化合物的帶隙。 3-和4-分量半導體化合物能帶隙可在很寬的範圍內連續變化。 在的AlGaAs = _的 Al _x Ga _1-x As形成，例如，增加的鋁含量（增加x）具有在能帶隙增加的效果。

雖然最常用的半導體激光器在光譜的近紅外部分工作，一些發射紅色（磷化銦鎵），藍色或紫色（氮化鎵）的顏色。 平均紅外半導體激光器（硒化鉛）和量子級聯激光器。

有機半導體

此外，可以使用有機和上述無機化合物。 適當的技術仍處於開發階段，但其發展有望顯著降低生產激光器的成本。 到目前為止，只有開發出光能量輸入和高性能電動泵尚未達到有機激光器。

種類

由多個具有不同參數和應用價值的半導體激光器。

小的激光二極管產生高品質的機械輻射，其功率範圍從幾百到500毫瓦的光束。 激光二極管芯片是薄的矩形板，其用作波導，由於僅限於一個小的空間內的輻射。 水晶摻雜雙方創造一個大面積的pn結。 將該研磨後的端部創建一法布里的光諧振器 - 珀羅干涉儀。 光子通過模腔，以使複合輻射會增加，並且會啟動發電。 它們在激光指示器，CD和DVD播放器，以及光纖使用。

低功率激光器和用於產生短脈衝可以同步事件外腔固體激光器。

半導體激光器與外部腔由一個激光二極管的，其在增益介質更激光諧振器的組合物的作用。 能夠改變波長的和具有窄發射帶。

注入激光器輻射的半導體區域在一個寬頻帶，可以產生幾瓦特的低質量光束功率。 它包括設置在所述p型和n層之間的薄有源層，形成了雙異質結的。 在橫向方向上的光的限制的機制是缺失，這導致高的光束的橢圓性和不可接受的高閾值電流。

強大二極管陣列，包括二極管，寬帶，能生產幾十瓦的平庸質量功率的光束的陣列的。

二極管的功能強大的二維陣列可以產生幾十萬瓦的功率。

表面發射激光器（VCSEL）中幾個毫瓦垂直於板發射光輸出光束質量。 在諧振器反射鏡的輻射表面在層中達因形式1/4波具有不同的施加 的折射率。 在單芯片上可以進行幾百個激光器，這帶來了大規模生產的可能性。

ÇVECSEL激光器光的能量輸入，並且能夠在一個鎖模產生的幾瓦的功率質量良好的光束的外部諧振器。

基於所述頻帶中的跳變（對比於帶間）工作的半導體激光器量子級聯型。 這些設備發出在紅外光譜中的中間區域，有時在太赫茲範圍內。 他們的使用，例如，作為氣體分析儀。

半導體 激光器：應用程序 和主要方面

高功率二極管激光器具有高度在中等電壓電泵浦被用作供給能量的非常有效的手段 固態激光器。

半導體激光器可以在一個大的頻率範圍內，其包括可見光，近紅外和中紅外光譜的一部分來操作。 創建的設備也改變izducheniya頻率。

激光二極管可以快速切換和調製，在光纖通信線路發射機中使用的光功率。

這些特性由半導體激光器技術的微波激射器最重要的一種。 它們被用於：

• 遙測傳感器，高溫計，光高度計，測距儀，景點，全息;
• 在光纖傳輸系統和數據存儲，相干通信系統;
• 激光打印機，視頻投影機，指針，條碼掃描儀，圖像掃描儀，CD播放機（DVD，CD，藍光）;
• 在安全系統，量子密碼學，自動化，指標;
• 在光學計量和光譜;
• 在外科，牙科，美容，治療;
• 水淨化，材料處理，固態激光器的泵浦，在工業分揀點火系統空中防禦系統的化學反應，工業機械，和進行控制。

脈衝輸出

大多數半導體激光器產生的連續光束。 由於在傳導能級電子的停留時間短它們不是很適於產生Q開關脈衝，但操作的準連續模式可以顯著提高量子發生器的功率。 此外，可用於的超短脈衝鎖模或增益的切換的產生半導體激光器。 平均功率短脈衝，通常只限於幾毫瓦除了VECSEL-光泵浦激光器，其輸出瓦特數測量皮秒脈衝與在幾十千兆赫的頻率。

調製和穩定

在半導體激光器的導帶短的停留電子的優點是，以調節其具有VCSEL激光器超過10GHz的高頻的能力。 它已經在光學數據傳輸，光譜學，激光穩定被使用。