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半導(dǎo)體激光器
吳建明 2009/1/20
（接上頁(yè)）體激光器以及作為“集成光路”的最好光源的分布反饋激光器(DFB一LD)，分布布喇格反射式激光器(DBR一LD)和集成雙波導(dǎo)激光器.另外，還有高功率無(wú)鋁激光器(從半導(dǎo)體激光器中除去鋁，以獲得更高輸出功率，更長(zhǎng)壽命和更低造價(jià)的管子)、中紅外半導(dǎo)體激光器和量子級(jí)聯(lián)激光器等等.其中，可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器是通過(guò)外加的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、壓力、摻雜盆等改變激光的波長(zhǎng)，可以很方便地對(duì)輸出光束進(jìn)行調(diào)制.分布反饋(DFB)式半導(dǎo)體激光器是伴隨光纖通信和集成光學(xué)回路的發(fā)展而出現(xiàn)的，它于1991年研制成功，分布反饋式半導(dǎo)體激光器完全實(shí)現(xiàn)了單縱模運(yùn)作，在相干技術(shù)領(lǐng)域中又開(kāi)辟了巨大的應(yīng)用前景它是一種無(wú)腔行波激光器，激光振蕩是由周期結(jié)構(gòu)(或衍射光柵)形成光藕合提供的，不再由解理面構(gòu)成的諧振腔來(lái)提供反饋，優(yōu)點(diǎn)是易于獲得單模單頻輸出，容易與纖維光纜、調(diào)制器等輛合，特別適宜作集成光路的光源.
單極性注入的半導(dǎo)體激光器是利用在導(dǎo)帶內(nèi)(或價(jià)帶內(nèi))子能級(jí)間的熱電子光躍遷以實(shí)現(xiàn)受激光發(fā)射，自然要使導(dǎo)帶和價(jià)帶內(nèi)存在子能級(jí)或子能帶，這就必須采用量子阱結(jié)構(gòu).單極性注人激光器能獲得大的光功率輸出，是一種商效率和超商速響應(yīng)的半導(dǎo)體激光器，并對(duì)發(fā)展硅基激光器及短波激光器很有利.量子級(jí)聯(lián)激光器的發(fā)明大大簡(jiǎn)化了在中紅外到遠(yuǎn)紅外這樣寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生特定波長(zhǎng)激光的途徑.它只用同一種材料，根據(jù)層的厚度不同就能得到上述波長(zhǎng)范圍內(nèi)的各種波長(zhǎng)的激光.同傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器相比，這種激光器不需冷卻系統(tǒng)，可以在室溫下穩(wěn)定操作.低維(量子線(xiàn)和量子點(diǎn))激光器的研究發(fā)展也很快，日本okayama的GaInAsP/Inp長(zhǎng)波長(zhǎng)量子線(xiàn)(Qw+)激光器已做到90kCW工作條件下Im=6A,l=37A/cm2并有很高的量子效率.眾多科研單位正在研制自組裝量子點(diǎn)(QD)激光器，目前該QDLD已具有了高密度，高均勻性和高發(fā)射功率.由于實(shí)際需要，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展主要是圍繞著降低闊值電流密度、延長(zhǎng)工作壽命、實(shí)現(xiàn)室溫連續(xù)工作，以及獲得單模、單頻、窄線(xiàn)寬和發(fā)展各種不同激射波長(zhǎng)的器件進(jìn)行的.
20世紀(jì)90年代出現(xiàn)并特別值得一提的是面發(fā)射激光器(SEL)，早在1977年，人們就提出了所謂的面發(fā)射激光器，并于1979年做出了第一個(gè)器件，1987年做出了用光泵浦的780nm的面發(fā)射激光器.1998年GaInAIP/GaA。面發(fā)射激光器在室溫下達(dá)到亞毫安的網(wǎng)電流,8mW的輸出功率和11%的轉(zhuǎn)換效率。前面談到的半導(dǎo)體激光器，從腔體結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，不論是F一P(法布里一泊羅)腔或是DBR(分布布拉格反射式)腔，激光輸出都是在水平方向，統(tǒng)稱(chēng)為水平腔結(jié)構(gòu).它們都是沿著襯底片的平行方向出光的.而面發(fā)射激光器卻是在芯片上下表面鍍上反射膜構(gòu)成了垂直方向的F一p腔，光輸出沿著垂直于襯底片的方向發(fā)出，垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器(VCSEIS)是一種新型的量子阱激光器，它的激射闊值電流低，輸出光的方向性好，藕合效率高，能得到相當(dāng)強(qiáng)的光功率輸出，垂直腔面發(fā)射激光器已實(shí)現(xiàn)了工作溫度最高達(dá)71攝氏度.20世紀(jì)90年代末，面發(fā)射激光器和垂直腔面發(fā)射激光器得到了迅速的發(fā)展，且已考慮了在超并行光電子學(xué)中的多種應(yīng)用.980mn,850nm和780nm的器件在光學(xué)系統(tǒng)中已經(jīng)實(shí)用化.目前，垂直腔面發(fā)射激光器已用于千兆位以太網(wǎng)的高速網(wǎng)絡(luò)。
為了滿(mǎn)足21世紀(jì)信息傳輸寬帶化、信息處理高速化、信息存儲(chǔ)大容量以及軍用裝備小型、高精度化等需要，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展趨勢(shì)主要在高速寬帶LD、大功率ID,短波長(zhǎng)LD,盆子線(xiàn)和量子點(diǎn)激光器、中紅外LD等方面.目前，在這些方面取得了一系列重大的成果.
4半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用
半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類(lèi)激光器，由于它的波長(zhǎng)范圍寬，制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，目前已超過(guò)300種，半導(dǎo)體激光器的最主要應(yīng)用領(lǐng)域是Gb局域網(wǎng)，850mn波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器適用于)1Gb/s。局域網(wǎng)，1300mn-1550nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器適用于1OGb局域網(wǎng)系統(tǒng).半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域，已成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù).半導(dǎo)體激光器在激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導(dǎo)跟蹤、引燃引爆、自動(dòng)控制、檢測(cè)儀器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，形成了廣闊的市場(chǎng)。
1978年，半導(dǎo)體激光器開(kāi)始應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)，半導(dǎo)體激光器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過(guò)大規(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng).由于半導(dǎo)體激光器有著超小型、高效率和高速工作的優(yōu)異特點(diǎn)，所以這類(lèi)器件的發(fā)展，一開(kāi)始就和光通信技術(shù)緊密結(jié)合在一起，它在光通信、光變換、光互連、并行光波系統(tǒng)、光信息處理和光存貯、光計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的光禍合等方面有重要用途.（未完，下一頁(yè)）
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