半導體激光器效率多少

『壹』 半導體激光器的發展過程

在1962年7月召開的固體器件研究國際會議上，美國麻省理工學院林肯實驗室的兩名學者克耶斯（）和奎斯特（Quist）報告了砷化鎵材料的光發射現象，這引起通用電氣研究實驗室工程師哈爾（Hall）的極大興趣，在會後回家的火車上他寫下了有關數據。回到家後，哈爾立即制定了研製半導體激光器的計劃，並與其他研究人員一道，經數周奮斗，他們的計劃獲得成功。
像晶體二極體一樣，半導體激光器也以材料的p-n結特性為基礎，且外觀亦與前者類似，因此，半導體激光器常被稱為二極體激光器或激光二極體。 早期的激光二極體有很多實際限制，例如，只能在77K低溫下以微秒脈沖工作，過了8年多時間，才由貝爾實驗室和列寧格勒（聖彼得堡）約飛（Ioffe）物理研究所製造出能在室溫下工作的連續器件。而足夠可靠的半導體激光器則直到70年代中期才出現。
半導體激光器體積非常小，最小的只有米粒那樣大。工作波長依賴於激光材料，一般為0.6～1.55微米，由於多種應用的需要，更短波長的器件在發展中。據報導，以Ⅱ～Ⅳ價元素的化合物，如ZnSe為工作物質的激光器，低溫下已得到0.46微米的輸出，而波長0.50～0.51微米的室溫連續器件輸出功率已達10毫瓦以上。但迄今尚未實現商品化。
光纖通信是半導體激光可預見的最重要的應用領域，一方面是世界范圍的遠距離海底光纖通信，另一方面則是各種地區網。後者包括高速計算機網、航空電子系統、衛生通訊網、高清晰度閉路電視網等。但就而言，激光唱機是這類器件的最大市場。其他應用包括高速列印、自由空間光通信、固體激光泵浦源、激光指示，及各種醫療應用等。
20世紀60年代初期的半導體激光器是同質結型激光器，它是在一種材料上製作的pn結二極體在正向大電流注人下，電子不斷地向p區注人，空穴不斷地向n區注人.於是，在原來的pn結耗盡區內實現了載流子分布的反轉，由於電子的遷移速度比空穴的遷移速度快，在有源區發生輻射、復合，發射出熒光，在一定的條件下發生激光，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，最先出現的是單異質結構激光器（1969年）.單異質結注人型激光器（SHLD）是利用異質結提供的勢壘把注入電子限制在GaAsP一N結的P區之內，以此來降低閥值電流密度，其數值比同質結激光器降低了一個數量級，但單異質結激光器仍不能在室溫下連續工作。
1970年，實現了激光波長為9000&Aring：室溫連續工作的雙異質結GaAs-GaAlAs（砷化鎵一鎵鋁砷）激光器。雙異質結激光器（DHL）的誕生使可用波段不斷拓寬，線寬和調諧性能逐步提高。其結構的特點是在P型和n型材料之間生長了僅有0. 2 Eam厚，不摻雜的，具有較窄能隙材料的一個薄層，因此注人的載流子被限制在該區域內（有源區），因而注人較少的電流就可以實現載流子數的反轉。在半導體激光器件中，比較成熟、性能較好、應用較廣的是具有雙異質結構的電注人式GaAs二極體激光器。
隨著異質結激光器的研究發展，人們想到如果將超薄膜（< 20nm）的半導體層作為激光器的激括層，以致於能夠產生量子效應，結果會是怎麼樣?再加之由於MBE,MOCVD技術的成就。於是，在1978年出現了世界上第一隻半導體量子阱激光器（QWL），它大幅度地提高了半導體激光器的各種性能.後來，又由於MOCVD,MBE生長技術的成熟，能生長出高質量超精細薄層材料，之後，便成功地研製出了性能更加良好的量子阱激光器，量子阱半導體激光器與雙異質結（DH）激光器相比，具有闌值電流低、輸出功率高，頻率響應好，光譜線窄和溫度穩定性好和較高的電光轉換效率等許多優點。
QWL在結構上的特點是它的有源區是由多個或單個阱寬約為100人的勢阱所組成，由於勢阱寬度小於材料中電子的德布羅意波的波長，產生了量子效應，連續的能帶分裂為子能級.因此，特別有利於載流子的有效填充，所需要的激射閱值電流特別低.半導體激光器的結構中應用的主要是單、多量子阱，單量子阱（SQW）激光器的結構基本上就是把普通雙異質結（DH）激光器的有源層厚度做成數十nm以下的一種激光器，通常把勢壘較厚以致於相鄰勢阱中電子波函數不發生交迭的周期結構稱為多量子阱（MQW ).量子阱激光器單個輸出功率現已大於1w，承受的功率密度已達l OMW/cm3以上）而為了得到更大的輸出功率，通常可以把許多單個半導體激光器組合在一起形成半導體激光器列陣。因此，量子阱激光器當採用陣列式集成結構時，輸出功率則可達到l00w以上.高功率半導體激光器（特別是陣列器件）飛速發展，已經推出的產品有連續輸出功率5 W,10W,20W和30W的激光器陣列.脈沖工作的半導體激光器峰值輸出功率50w. 120W和1500W的陣列也已經商品化.一個4. 5 cm x 9cm的二維陣列，其峰值輸出功率已經超過45kW.峰值輸出功率為350kW的二維陣列也已間世。 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（連續輸出功率在100W 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商品化，國內樣品器件輸出已達到600W[61.如果從激光波段的被擴展的角度來看，先是紅外半導體激光器，接著是670nm紅光半導體激光器大量進入應用，接著，波長為650nm,635nm的問世，藍綠光、藍光半導體激光器也相繼研製成功，10mw量級的紫光乃至紫外光半導體激光器，也在加緊研製中[a}為適應各種應用而發展起來的半導體激光器還有可調諧半導體激光器，電子束激勵半導體激光器以及作為「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）和集成雙波導激光器.另外，還有高功率無鋁激光器（從半導體激光器中除去鋁，以獲得更高輸出功率，更長壽命和更低造價的管子）、中紅外半導體激光器和量子級聯激光器等等.其中，可調諧半導體激光器是通過外加的電場、磁場、溫度、壓力、摻雜盆等改變激光的波長，可以很方便地對輸出光束進行調制.分布反饋（DF）式半導體激光器是伴隨光纖通信和集成光學迴路的發展而出現的，它於1991年研製成功，分布反饋式半導體激光器完全實現了單縱模運作，在相干技術領域中又開辟了巨大的應用前景它是一種無腔行波激光器，激光振盪是由周期結構（或衍射光柵）形成光藕合提供的，不再由解理面構成的諧振腔來提供反饋，優點是易於獲得單模單頻輸出，容易與纖維光纜、調制器等耦合，特別適宜作集成光路的光源。
單極性注入的半導體激光器是利用在導帶內（或價帶內）子能級間的熱電子光躍遷以實現受激光發射，自然要使導帶和價帶內存在子能級或子能帶，這就必須採用量子阱結構.單極性注入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的半導體激光器，並對發展硅基激光器及短波激光器很有利.量子級聯激光器的發明大大簡化了在中紅外到遠紅外這樣寬波長范圍內產生特定波長激光的途徑.它只用同一種材料，根據層的厚度不同就能得到上述波長范圍內的各種波長的激光.同傳統半導體激光器相比，這種激光器不需冷卻系統，可以在室溫下穩定操作.低維（量子線和量子點）激光器的研究發展也很快，日本okayama的GaInAsP/Inp長波長量子線（Qw+）激光器已做到9OkCW工作條件下Im =6.A,l =37A/cm2並有很高的量子效率.眾多科研單位正在研製自組裝量子點（QD）激光器，該QDLD已具有了高密度，高均勻性和高發射功率.由於實際需要，半導體激光器的發展主要是圍繞著降低闊值電流密度、延長工作壽命、實現室溫連續工作，以及獲得單模、單頻、窄線寬和發展各種不同激射波長的器件進行的。 20世紀90年代出現並特別值得一提的是面發射激光器（SEL），早在1977年，人們就提出了所謂的面發射激光器，並於1979年做出了第一個器件，1987年做出了用光泵浦的780nm的面發射激光器.1998年GaInAIP/GaA。面發射激光器在室溫下達到亞毫安的網電流，8mW的輸出功率和11%的轉換效率[2）前面談到的半導體激光器，從腔體結構上來說，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，統稱為水平腔結構.它們都是沿著襯底片的平行方向出光的.而面發射激光器卻是在晶元上下表面鍍上反射膜構成了垂直方向的F一P腔，光輸出沿著垂直於襯底片的方向發出，垂直腔面發射半導體激光器（VCSELS）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，通過陣列化分布能得到相當強的光功率輸出，垂直腔面發射激光器已實現了工作溫度最高達71℃。另外，垂直腔面發射激光器還具有兩個不穩定的互相垂直的偏振橫模輸出，即x模和y模，對偏振開關和偏振雙穩特性的研究也進入到了一個新階段，人們可以通過改變光反饋、光電反饋、光注入、注入電流等等因素實現對偏振態的控制，在光開關和光邏輯器件領域獲得新的進展。20世紀90年代末，面發射激光器和垂直腔面發射激光器得到了迅速的發展，且已考慮了在超並行光電子學中的多種應用.980mn,850nm和780nm的器件在光學系統中已經實用化.垂直腔面發射激光器已用於千兆位乙太網的高速網路。為了滿足21世紀信息傳輸寬頻化、信息處理高速化、信息存儲大容量以及軍用裝備小型、高精度化等需要，半導體激光器的發展趨勢主要在高速寬頻LD、大功率ID，短波長LD，盆子線和量子點激光器、中紅外LD等方面.在這些方面取得了一系列重大的成果。

『貳』 氦氖激光器和紅寶石激光器還有半導體激光器哪一個效率最低

效率也分很多種的，氦氖激光器是電擊氣體發光，半導體是直接電光轉換，紅寶石需要用燈照射泵浦，直接說電光效率的話，肯定是紅寶石的要低，因為他要先用電點燈，燈再照激光棒，程序很多，損耗最大。

『叄』 半導體激光器為什麼容易老化

也不是容易老化，只是半導體激光器如果沒有做閉環控制的話，工作電流是恆定的，電子元器件本身長時間工作都是容易老化的，效率下降。連續長時間工作的話半導體激光器輸出會慢慢下降了

『肆』 半導體激光器和固體激光器的區別 請詳細解釋一下 謝謝~

半導體激光器和固體激光器的區別在於工作物質、價格、激勵源不同。

1、工作物質

半導體激光器常用工作物質有砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。

固體激光器常用的工作物質，由光學透明的晶體或玻璃作為基質材料，摻以激活離子或其他激活物質構成。

2、價格

半導體激光器價格低。

固體激光器由於工作介質的制備較復雜，所以價格較貴。

3、激勵源

半導體激光器的激勵方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導體激光器，一般是由砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等材料製成的半導體面結型二極體，沿正向偏壓注入電流進行激勵，在結平面區域產生受激發射。

光泵式半導體激光器，一般用N型或P型半導體單晶（如GaAS,InAs,InSb等）做工作物質，以其他激光器發出的激光作光泵激勵。高能電子束激勵式半導體激光器，一般也是用N型或者P型半導體單晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質，通過由外部注入高能電子束進行激勵。

固體激光器以光為激勵源。常用的脈沖激勵源有充氙閃光燈；連續激勵源有氪弧燈、碘鎢燈、鉀銣燈等。在小型長壽命激光器中，可用半導體發光二極體或太陽光作激勵源。一些新的固體激光器也有採用激光激勵的。

『伍』 半導體激光器的特性

laser diode是以半導體來材料為工作物質的一類激光源器件。除了具有激光器的共同特點外，還具有以下優點：(1) 體積小，重量輕；
(2) 驅動功率和電流較低；
(3) 效率高、工作壽命長；
(4) 可直接電調制；
(5) 易於與各種光電子器件實現光電子集成；
(6) 與半導體製造技術兼容；可大批量生產。由於這些特點，半導體激光器自問世以來得到了世界各國的廣泛關注與研究。成為世界上發展最快、應用最廣泛、最早走出實驗室實現商用化且產值最大的一類激光器。經過40多年的發展，半導體激光器已經從最初的低溫77K、脈沖運轉發展到室溫連續工作、工作波長從最開始的紅外、紅光擴展到藍紫光；閾值電流由105 A/cm2量級降至102 A/cm2量級；工作電流最小到亞mA量級；輸出功率從幾mW到陣列器件輸出功率達數kW；結構從同質結發展到單異質結、雙異質結、量子阱、量子阱陣列、分布反饋型、DFB、分布布拉格反射型、DBR等270多種形式。製作方法從擴散法發展到液相外延、LPE、氣相外延、VPE、金屬有機化合物淀積、MOCVD、分子束外延、MBE、化學束外延、CBE等多種制備工藝。

『陸』 半導體激光器外微信分量子效率是什麼

激光器的電/光轉換效率用外微分量子效率ηd表示，其定義是在閾值電流以上，每對復內合載流子產生的光子數。容

式中，P和I分別為激光器的輸出光功率和驅動電流，Pth和Ith分別為相應的閾值，hf和e分別為光子能量和電子電荷

『柒』 半導體激光器斜率效率一般是多少

在激光器中,斜率效率是指激光功率增加量/泵浦增加量,不同的激光器,單位是不同的.
在半導體泵浦固體激光器中,就是無量綱的,表示的是,每增加1瓦泵浦光功率,所增加的激光輸出功率的數值.

『捌』 半導體激光器有哪些特性

根據固體的能帶理論，半導體材料中電子的能級形成能帶。高能量的為導帶，低能量的為價帶，兩帶被禁帶分開。引入半導體的非平衡電子-空穴對復合時，把釋放的能量以發光形式輻射出去，這就是載流子的復合發光。
一般所用的半導體材料有兩大類，直接帶隙材料和間接帶隙材料，其中直接帶隙半導體材料如GaAs（砷化鎵）比間接帶隙半導體材料如Si有高得多的輻射躍遷幾率，發光效率也高得多。
半導體復合發光達到受激發射（即產生激光）的必要條件是：①粒子數反轉分布分別從P型側和n型側注入到有源區的載流子密度十分高時，占據導帶電子態的電子數超過占據價帶電子態的電子數，就形成了粒子數反轉分布。②光的諧振腔在半導體激光器中，諧振腔由其兩端的鏡面組成，稱為法布里一珀羅腔。③高增益用以補償光損耗。諧振腔的光損耗主要是從反射面向外發射的損耗和介質的光吸收。
半導體激光器是依靠注入載流子工作的，發射激光必須具備三個基本條件：
（1）要產生足夠的 粒子數反轉分布，即高能態粒子數足夠的大於處於低能態的粒子數；
（2）有一個合適的諧振腔能夠起到反饋作用，使受激輻射光子增生，從而產生激光震盪；
（3）要滿足一定的閥值條件，以使光子增益等於或大於光子的損耗。
半導體激光器工作原理是激勵方式，利用半導體物質（即利用電子）在能帶間躍遷發光，用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振盪、反饋，產生光的輻射放大，輸出激光。
半導體激光器優點：體積小、重量輕、運轉可靠、耗電少、效率高等。http://ic.big-bit.com/

『玖』 半導體激光器有哪些缺點

半導體激光器最大的缺點是：激光性能受溫度影響大，比如砷化鎵激光，專當溫度從絕對溫度77°K變到室溫時屬，激光波長從0.84變到0.91微米。另外，效率雖高，但因體積小，總功率並不高，室溫下連續輸出不過幾十毫瓦，脈沖輸出只有幾瓦到幾十瓦。光束的發散角，一般在幾度到20度之間，所以在方向性、單色性和相乾性等方面較差。