半导体激光器的发展历程2(精)025643

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1、欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！广西师范学院 2017 年 本科毕业论文 论文题目 半导体激光器的发展历程 毕 业 生：吴 伊 琴 指导老师：王 * 学科专业：物理学（师范） 目录 摘要 前言 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！一 理论基础及同质结半导体激光器（1917-1962） 1.1 激光理念及激光技术的面世 1.2 早期半导体激光器理念提出与探索（1953-1962） 二异质结半导体激光器（1963-1977） 2.1 单异质（SH）激光器 2.2 双异质（

2、DH）激光器 三半导体激光器实用领域的探索（1980-2005） 3.1 光纤通信与半导体激光器的相辅相成 3.2 量子阱能带工程技术的引入 4.1 半导体激光器应用的多样化 4.2 半导体激光器的未来发展 结语 参考文献 摘要 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！双异质半导体激光器，量子阱技术，应变量子阱激光器，DFB激光器，面发射激光器，大功率激光器等等突破性研究成果的面世，使得半导体激光器已经占据了激光领域市场的大壁江山，以及成为了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域不可或缺的存在。本文梳理了 1917年2008年半导

3、体激光器的发展历程，文中包括了半导体激光器大多研究成果，按照时间线对其进行整理。 总的说来，半导体激光器的发展历程可以分为 4个阶段 第一理论准备及起步阶段（1917-1962）。 1962年同质结半导体激光器研制成功。尽管同质结半导体激光器没有实用价值，但是它面世是半导体激光器发展历程中重要的标志，其基本理论是后来半导体激光器前进的基础。 第二大发展期(1962-1979 长寿命，长波长双异质半导体激光器的面世使得半导体激光器能够满足光纤通信的需求。1978-1979年，国际上关于通过改进器件结构提高器件稳定性，降低损耗的研究成果非常多。由于对 AlGaAsGaAs 激光器特性的不断进步的追

4、求，使得这个时期出现了许多新的制造工艺，新的结构理念，为之后发展长波长半导体激光器留下了充足的技术支持。 第三实用性的初步探索（1980-1990）在这期间半导体激光器的实用领域主要集中于光纤通信领域，由于光纤通信技术的不断发展，使得半导体激光器的发展也极其迅猛。 第四实用的多样化(1990-2008 由于量子阱技术，应变量子阱激光器，DFB激光器，面发射激光器，大功率激光器等等突破性研究成果的面世，半导体激光器的实用领域覆盖了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域。 本文按照时间线将半导体激光器的发展历程梳理了一遍，使得半导体激光器的发展脉络更加清晰，时候其发展历程更加具体，明了。 关

5、键词：激光 半导体激光器 应用多样化 发展方向 前言 激光，英文名为“laser”是 20世纪以来，目前在人类科技进步史上与原子能，计算机，半导体并驾齐驱的重大发明。其发展动向对于人类的科技，生活等等方面有着重要的影响。 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！半导体激光器就是以半导体材料作为激光工作物质的一类激光器的总称。半导体激光器具有体积小，重量轻；波长范围广，相干性高，适宜大量生产，半导体激光器在 20 世纪 80年代初期其主要应用领域是在光纤通信技术方面的，并且在如今半导体激光器仍然是光通信领域不可或缺，至关重要的存在。20世

6、纪 90 年代开始，由于光电子技术的不断成熟，各个领域对于光电子技术需求越来越高，使得光电子技术的实用领域不断扩大，半导体激光器在各个领域里的用武之地也越多。并且随着对半导体激光器的研究不断深入，半导体激光器已经占据了激光领域市场的大壁江山，以及成为了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域不可或缺的存在。 笔者在查询半导体激光器的发展历程是发现虽然关于半导体激光器发展的文献较多，但是这些文献中关于半导体激光器的发展时间线不够清晰，而且多数是按照大功率，量子阱等等方面分开描述，对于半导体激光器总体的发展历程的描述不够清晰，已有的文献对于半导体激光器的发展框架的描述较为清晰，但是还是会有一些

7、不够清晰的点： 1. 1977 年以前半导体激光器早期的发展方向是什么？ 2. 是光纤通信技术成就了半导体激光器还是半导体激光器成就了现在的光通信技术？ 3. 半导体激光器的研究成果有着什么样的意义？ 为了回答这些问题笔者查阅了许多相关文献，将 1917年-2008年期间半导体激光器的发展历程重新梳理，按照时间线整理好争取形成一条较为清晰发展脉络。 一 理论基础及同质结半导体激光器（1917-1962） 1.1 激光理念及激光技术的面世 1.1.1 激光理念 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！激光，英文名为“laser”。源于 L

8、ight Amplification by Stimulated Emission of Radiation 这句话中由每个单词首字母组成的缩写词，意思是“通过辐射的受激辐射光放大”。作为 20 世纪以来，目前在人类科技进步史上与原子能，计算机，半导体并驾齐驱的重大发明，激光的许多特性对于社会进步有着巨大的影响。 激光被人们称为 20 世纪最亮的光，最准的尺，最快的刀，由此可看出激光亮度激光，定向发光能力极强，能量之大等等特性。概括说来激光有四大特性，即高亮度，高相干性，高方向性，高单色性。也是激光的这些特性使它拥有了其他普通光源不可企及的能力。也正是因为这些特性，现如今激光在医学，军事，通信

9、，快速成型技术，显示技术，材料加工等领域取得了巨大的成就，也是由于激光的便利，使得其在社会中得到了快速的普及，逐渐渗透进我们日常的工作及生活中。 1.1.2 激光技术的发展 爱因斯坦是在 1916 年发布了关于辐射的量子理论一文。在该文中受激辐射理论指出，处于高能态的粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。“受激辐射”理论为激光提供了物理基础。但是由于当时并没有关于光量大化的实际应用的科学探索，所以受激辐射的概念在当时没有得到重视，爱因斯坦本人也没有对其进行进一步的研究，此后大约 40 年的时间里都没有人进

10、行激光技术的研究工作。但是，在二战期间，由于雷达在战争中的广泛应用及重大作用，如何提高雷达的性能成为了当时国际的研究重点，也正是如此，受激辐射这一概念得到了相应的关注，开始有科学家进行激光技术的相应研究。利用受激辐射来放大电磁波的概念被提出。 1953 年美国物理学家汤斯（Charles hard Townes）和阿瑟肖洛制成了激光器的前身：第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。该机器的成功研制激发了人们对于激光技术更深层次的研究。汤斯（Charles hard Townes）和阿瑟肖洛（Schawlow）在 1958 年成功的观测到激光现象，并且在同年 12 月，美国物理学家汤斯（C

11、harles hard Townes）与阿瑟肖洛（A. L. Schawlow）在物理评论上发表了红外与光学激射器 一文，提出了“激光原理”以及“激光”的概念。他们指出在物质受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时，会产生一种不发散的强光，这束强光就是激光。此后对于激光，激光器的研究正式进入正轨。 1958年美国物理学家汤斯（Charles hard Townes）与阿瑟肖洛（A. L. Schawlow）提出了开放式光谐振腔的概念，抛弃了之前的封闭式谐振腔的模式，对于激光以及激光器的研究又是一个新的阶段。此后在科学家们对于激光的不断改进和创新中，激光的研究成果不断更新，终于在 1960 年

12、5 月美国科学家梅曼（T. H. Maiman）获得了人类史上的第一束激光（长 0.6943m），并且在同年 7月成功研制出世界上第一台激光器（红宝石脉冲激光器（固体激光器）。从此“激光技术”正式走向世界科学的舞台。 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！1.2 早期半导体激光器理念提出与探索（1953-1962） 1.2.1 理论基础 要想获得激光，选择合适的激光材料是至关重要的。不同的激光工作物质（激光材料）形成的激光器被分为不一样的类型，有着不同的特性。而半导体由于其独特的特性，早在 1953 年就已经有人对其是否能够产生激光进

13、行了一定的讨论及研究，此后关于半导体材料的受激激发的研究一直在不断的深入。 1956 年-1958年，艾格瀚等科学家开始讨论半导体激光器的合理性和可能性，提出了许多设想及可能，但是这些大多只是在理论方面的设想，对于具体的操作实践还没有得到解决。1958 年-1960年，经过博伊尔，拉克斯等科研工作者的不断努力，关于半导体激光器的研究成果不断更新，在此期间发现相比起间接带隙半导体，直接带隙半导体更容易获得相应的相干光，相应的光谐振腔的技术也有了极大的改进。1961 年，杜拉弗格和伯纳德正式清晰的提出了关于半导体实现粒子数反转的必要条件，提出了利用直接，间接带隙半导体材料制造激光器的理念。为 19

14、62 年半导体激光器的成功研制提供了重要的理论基础。 杜拉弗格和伯纳德正式清晰的提出了关于半导体实现粒子数反转的必要条件后，次年 3 月，在美国举办的物理学会议上，梅贝格做出了在 77k 的环境中 GaAs 材料电致发光的效率有可能较高的报告，随后这一设想得到了证实。在 1962 年 7月英国举办的固体器件研究会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的奎斯特（Quist）和克耶斯（Keyes）发布了在 77k的环境中 GaAs材料电致发光的效率极高，接近于100%的研究成果。该成果的发布为研制注入型半导体激光器解决了辐射效率的问题，也为此种半导体激光器的成功研制创造了条件。 1.2.2 GaAs 半

15、导体激光器的研制过程 美国通用电气研究实验室工程师霍尔参加了 1962年的固体器件研究会议，奎斯特（Quist）和克耶斯（Keyes）的报告引起了他极大的兴趣，霍尔之前一直在进行对于半导体激光器的研究，但是一直没有突破。这次的报告给了他极大的灵感，对于半导体激光器的研究有了新的计划。霍尔回到实验室后立即制定了关于研制半导体激光器的计划，与芬纳等研究人员一起投入到半导体激光器的研制工作中。在霍尔小组的如火如荼的研究过程中，同年 8月，那赛德福发布了观察到光谱轻微变窄的消息并发表了相应的文章。该文章的发布使得霍尔小组的研究压力有所减轻，也让霍尔小组意识到光反馈的重要性。同年 9月，霍尔小组对于谐振

16、腔有了新的概念，他们采取了新型的谐振腔结构，并且成功的观察到 GaAs受激辐射的现象。GaAs半导体激光器成功研制出来了。经过对实验结果的再三确认和对实验数据的整理，欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！1962年 11月，霍尔小组在物理评论快报上公布了其研究成果。在其发布一个月内，陆续有三个实验室先后宣布成功获得相干光发射的消息。 这四所实验所研制出的都是同质结半导体激光器，他们使用的材料相同，谐振腔的结构也相同。同质结半导体激光器的成功研制是半导体激光器发展历程中重要的标志，其基本理论是后来半导体激光器前进的基础。但是由于同质结半

17、导体激光器的临界电流高以及其只能在 77k的环境下工作，所以可以说同质结半导体激光器没有实用价值。为了实现半导体激光器的实用性，在同质结半导体激光器成功研制不久，异质结半导体激光器的研究也马不停蹄的开始了。 二异质结半导体激光器（1963-1977） 2.1 单异质（SH）激光器 由于同质结半导体激光器不能再室温下实现连续受激激发，这导致了其实用性几乎为零，但是科学研究是为了更好的服务社会，所以为了加强半导体激光器的实用性，就需要实现其在室温情况下的连续受激激发。这也是半导体激光器在此期间的主要研究方向。 GaAs半导体激光器成功研制的次年，也就是 1963年，科勒莫（H.KROEMER）及其

18、他科学家提出异质结构半导体激光器的概念，异质结半导体激光器由两种不同带隙的半导体材料薄层组成“结”能够有效的降低临界电流密度，提高工作效率，最重要的是可以提高工作温度，有很大的可能实现其室温条件下的连续工作。但是由于当时没有合适的晶体材料，导致异质结半导体激光器的研究出现停滞。直到 1967年的半导体激光器会议上，会议中提出 AlxGa1-xAs 和 GaAs这两种材料的匹配度欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！较高，随后贝尔实验室的潘尼斯和哈亚西通过液相外延技术，将 AlxGa1-xAs 作为GaAs外延层，成功研制出了单异质结半

19、导体激光器。1969 年潘尼斯和哈亚西公布了其研究成果。与同质结半导体激光器相比，该激光器的临界电流密度有了大幅度的下降，但是很遗憾，其临界电流密度仍然较高，所以该激光器没有实现在室温条件下的连续受激激发的研究目标。 虽然单异质结半导体激光器没有实现室温下的连续受激激发，但是异质结结构的成功应用以及液相外延技术的成功应用都为接下来双异质结半导体激光器的研发工作提供了重要的理论基础和技术支持。 2.2 双异质（DH）激光器 2.2.1 AlxGa1-xAsGaAs 激光器研究历程 虽然单异质半导体激光器没有实现研究目标，但是利用异质结构来实现半导体激光器临界电流密度的降低以及室温条件下的连续工作

20、的研究目标这个方向是正确。单异质结构不可以，科学家们就开始提出双异质结构的概念。 其实在单异质半导体激光器的研制后期，关于双异质半导体激光器的研制工作就已经开始。在 SH半导体激光器的研究进展中后期 Leningrad Ioffe研究所已经开始着手进行双异质半导体激光器（AlxGa1-xAs-GaAs）的研究，并且在 1969年 9月就发布了其研究成果，但是还是没有实现研究目标（室温条件下的连续工作）。 贝尔实验室的潘尼斯和哈亚西在 1968年后期也开始进行 DH激光器的研究，经过不断的实验及改进，1970年初贝尔实验室大大降低了双异质半导体激光器的临界电流密度，成功实现在室温条件下的连续受激

21、激发，DH激光器面世。并于同年 8月将实验成果在Applied Physics Letters 上发布。同年 5月，Leningrad Ioffe 研究所也成功实现室温下连续受激发射。 双异质半导体激光器的成功研制，使得半导体激光器实现了室温条件下的连续受激发射，也是半导体激光器能够走向实用领域的基础，使得半导体激光器有了一定的实验价值，也开启了半导体激光器发展的新阶段，使得半导体激光器未来的研究方向往实用方面转变。 2.2.2 AlxGa1-xAsGaAs 短波长激光器室温下连续长时间工作的实现 1970 年 ，双异质结半导体激光器研制成功，降低了半导体激光器的临界电流密度，实现了室温下的连

22、续受激发射。该半导体激光器尽管实现了室温下的连续工欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！作，但是要将半导体激光器运用到实际中还有一个迫切需要解决的问题，那就是器件的长寿命性，稳定性(可靠性。 1970年制造出的第一台 DH激光器的虽然能够在室温下连续工作，但是工作寿命极短，而且稳定性也不够。如果不具备真正的实用性，也正是因为如此，之后几年时间里国际科研人员们一直在研究如何延长半导体激光器的工作时间，追求半导体激光器的长寿命以及稳定性。经过科研人员的不断努力，不断改进器件的结构，使得半导体激光器的工作寿命不断延长。终于在 1977 年成

23、功实现双异质短波长半导体激光器的连续工作时间达到了 1106 个小时。 半导体激光器的稳定性，长寿命性对于光纤通信的发展有着极其重要的作用。为了提高半导体激光器的稳定性，国际上进行了许多关于这个方面的研究。1978-1979年，国际上关于通过改进器件结构提高器件稳定性，降低损耗的研究成果非常多。比如说美国的 CDH激光器，日本的 BH激光器，TJS 激光器，CDH激光器等等，而且这些都实现了温室下连续受激激发以及单模化工作。可以说这个时期国际上对于半导体激光器的研究都集中与 AlGaAsGaAs 激光器的不断进步及改革中，着力于其质量，特性，结构的不断提高和改良。由于对 AlGaAsGaAs

24、激光器特性的不断进步的追求，使得这个时期出现了许多新的制造工艺，新的结构理念，为之后发展长波长半导体激光器留下了充足的技术支持。 三半导体激光器实用领域的探索（1980-2005） 激光技术无论是在军事，农业还是医疗方面都有十分强大的实用性，在激光技术面世以及不断的探索过程中，激光技术得到不断的改良，在各项领域中其实用价值也越来越大，自然对于激光技术的要求也越高。激光器的发展也越来越快。固体激光器诞生后，气体激光器，液体激光器，半导体激光器等等也紧接着被研制成功。 早期由于气体激光器以及固体激光器的能量，功率方面相较于半导体激光器有较大的优势，所以在军事，农业，材料加工等方面较多的使用这两种激

25、光器。半导体激光器在这些方面没有太大的优势，但是半导体激光器拥有体积小，成本低廉，可大量生产，便于携带等特性，使得其在通信和测距方面有一定的优势。而且随着对半导体激光器的研究的不断深入，发现半导体激光器的波长与光纤十分相配，非常适宜作为光纤通信技术的光源。从此半导体激光器与光纤通信技术开始了相辅相成，彼此依赖互补的发展历程。 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！由于最初半导体激光器的主要实际应用是作为光纤通信的光源，所以在一段时间内半导体激光器的发展主要是为光纤通信服务的，其发展方向与光纤通信的发展需求是一致的。主要往长波长，大容量

26、，长寿命等方向发展，在此期间，半导体激光器取得了相当大的研究突破，比如说量子阱结构，面发射器等等。 随着国际光纤通信技术的快速发展，半导体激光器也迎来蓬勃的发展。并且在对于半导体激光器研究的不断深入，半导体激光器的不断进化中，其独特的特性使得其在军事，农业，印刷业，工业等等方面的实用性越来越强，优势也越来越突出，在各项领域中占据了十分重要的地位。 3.1 光纤通信与半导体激光器的相辅相成 3.1.1 第二代光纤通信系统对于长波长，长寿命激光器的要求 1977 年，双异质短波长半导体激光器的连续工作寿命达到了 1106 个小时。这项研究成果对于光纤通信而言十分重要，这是其走向实用化的重要技术支持

27、。同年5月，以该半导体激光器作为光源的光纤通信系统（第一代）正式在美国投入使用。在该通信系统的实际应用和发展过程中，光纤通信系统的损耗窗口有了更低的可能性，这使得光纤通信系统的传输质量（长距离，高速率）有了新的突破。第二代光纤通信系统的损耗窗口的波长范围在 1.3m1.55m，相比起第一代光纤通信系统，其波长范围有了一定的增长。而半导体激光器作为光纤通信的重要组成部分，开展研制长波长，长寿命半导体激光器的工作也迫在眉睫。的为了实现其信息传输大容量，长中继的发展需求，国际上对于长波长，长寿命半导体激光器的研制工作也马不停蹄的开始了。 长波长半导体激光器的研究工作并非是在 1977 年之后再开展的

28、，之前国际上对于长波长半导体激光器就有了一定的研究，只是没有成为半导体激光器的研究重点，而且第一代光纤通信系统对于半导体激光器的要求着重于长寿命这一点，所以在1970-1979 年期间，国际上将提高半导体激光器的工作寿命作为研究重点，直到1979 年，第二代光纤通信系统时代的来临，国际上才开始着重关注于长波长，长寿命半导体激光器的研制工作中来。 3.1.2 InGaAsP 激光器 对于长波长半导体激光器的研制工作而言，选择合适的激光工作物质是十分重要的。究竟什么样的材料比较适合作为长波长半导体激光器的激光工作物质呢？科学家们提出了许多设想，进行了许多实验。经过不断的探索，1976 年，林肯实验

29、室成功研制出了室温下连续工作的 InGaAsP 激光器，其波长为 1.1m。InGaAsP 激光欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！器比起 AlGaAsGaAs 激光器的寿命更长，更加适宜长波长，长寿命的发展要求。这一发现使得国际上半导体激光器的研制工作开始围绕于 InGaAsP 激光器开展。 1977 年美国华裔科学家谢肇鑫成功实现 1.3m 的 InGaAsP 激光器在室温条件下的连续受激激发。谢肇鑫在研制工程中采用了液相外延的方法来进行该激光器的研制工作，并且在 1979年也同样运用了此方法成功实现 1.55m 的 InGaA

30、sP 激光器在室温条件下的连续受激激发。初步解决了长波长的问题后，尽可能的延长 InGaAsP激光器工作寿命的问题就成为了接下来的研究重点。1979 年-1988年，国际上对于InGaAsP 激光器的研究成果一直在不断更新，已经成功实现了 InGaAsP 激光器的连续工作寿命达到了 105 小时，并且输出功率有了很大的提升，临界电流密度的最低值再次被刷新。 3.1.3 DFB 激光器 上个世纪 80 年代随着光纤通信的不断发展，社会对于光纤通信系统的质量要求越来越高，第二代光纤通信系统已经逐渐无法满足高速发展的通讯需求，其发展开始向长距离，大容量等方面转化。 此前的长波长半导体激光器是多纵模发

31、射的模式，这对于提高光纤通信的容量问题是一个非常大的阻碍。为了实现第三代光纤通信系统对于大容量的要求，研制单模模式的长波长半导体激光器是当时的一个研究重点。 为了缩窄半导体激光器的线宽，国际上将研制 DFB激光器作为当时半导体激光器的一个研究重点。DFB 就是是分布反馈，也有两种，一种是均匀的分布反馈，其布拉格光栅是均匀周期的。另一种是有 phase shift的 DFB。在均匀周期布拉格光栅的某一个周期上延长一段，打破原本均匀性。就是将光栅技术引入到半导体激光器的制造中，制造出 DFB(无腔面分布反馈半导体激光器。 DFB激光器显著的特点是其线宽可以做到很窄。简单来说就是可以做成非常近似于单

32、色波的激光，DFB 激光器的另一个优点是其可以实现较宽的波长调谐范围，在中心波长附近可以调节 100nm左右的波长输出。简单来说，DFB激光器的光谱纯度较高（单色性好），线宽较窄（小于 1MHZ）并且其边模抑制比较高。这使得DFB(无腔面分布反馈半导体激光器能够实现单纵模发射，甚至是动态的单纵模发射。20 世纪 80 年代末，DFB(无腔面分布反馈半导体激光器的发展已经有了一定的成果，由于 DFB激光器的研究进展迅速，使得第三代光纤通信（长距离，大容量）事业发展非常迅速。 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！3.2 量子阱能带工程技

33、术的引入 3.2.1 单量子阱结构 随着对半导体激光器研究的不断深入，就开始有人设想如果将激光器的激活层由超薄膜的半导体层来充当，会不会出现相应的量子效应呢？而且早在 1970 年，超晶格量子阱的概念就已经被提出，当时也成功的应用液相外延技术在 GaAs 半导体上实现了超晶体结构。之后随着分子束外延（MBE）技术的不断进步，1975年就有科学家利用分子束外延技术成功研制出第一台量子阱激光器（GaAlAs-GaAs类材料），但是由于当时分子束外延技术还不够完善，该激光器在室温条件下不能较好的实现振荡。直到 1982年，由于分子束外延技术在此期间的不断完善改进，美国贝尔实验室成功研制出临界电流密度

34、为 160A/cm2 的半导体量子阱激光器。该量子阱激光器的成功研制开启了量子阱激光器研究的帷幕。 在之后的一段时期中，国际上对于量子阱激光器的研究方向主要集中于 InGaAlPGaAs，GaAlAsGaAs 和 InGaAsPInP 这三类材料上。并且 GaAlAsGaAs材料的量子阱激光器是最早开始研制也是最先开始在激光印刷，扫描器等领域投入使用的。1986 年，应变量子阱的概念被提出。应变量子阱就是使用两种不同的材料，这两种材料晶格并不匹配，但是可以单原子层外延技术让他们生长在一起形成晶格。由于材料内部的价带特性优化，使得半导体发光器件的性发生巨大变化，得到了巨大的改良。应变量子阱概念的

35、提出，使得 20 世纪 90 年代各国的研究所都开始进行应变量子阱激光器的研究工作，单量子阱激光器开始迎来蓬勃的发展。 1997 年高功率，长波长的单量子阱激光器的成功研制，大大加强了大功率半导体激光器的实用性，使其的发展方向以及实用领域都走向了一个新的阶段。 3.2.1 GaN基半导体激光器 上个世纪 90年代末期，随着科技的不断发展，研究的不断深入，金属有机化学沉淀(MOCVD技术以及分子束外延（MBE）技术的不断完善和成熟，使得新型光电子器件及其集成技术以量子阱结构和应变量子阱结构的材料为基础的发展越来越快。在这期间，GaN 基半导体激光器的发展非常迅速，其取得研究成果也十分重大。 自从

36、 1988 年，日本运用金属有机化学沉淀(MOCVD 技术成功研制出第一台 GaN基蓝光半导体激光器后，各国的研究所就开始了研制 GaN基半导体激光器的热潮。1988年2008年期间，GaN基半导体激光器的发展十分迅速，其阈值电流密度，波长范围，连续工作寿命等等性能在不断突破，刷新了一个又一个记录。到欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！2008年已经 GaN基半导体激光器光抽运的受激激发，阈值能量密度仅有6.5Mj/cm2，其激射波长达到 449.5nm。 GaN基属于宽带隙材料，这表示发射波长的范围较广，甚至可以达到紫外波段。所以

37、 GaN基半导体激光器有很大的可能实现红外及紫外的全波段覆盖。使得半导体激光器具备了在生物医疗技术，水下通信及运输，光储存等领域相当大的实用价值。 四半导体激光器应用的多样化转变（1991-2008） 4.1 半导体激光器应用的多样化 4.1.1 半导体激光器与光纤通信系统 制造简单，可大量生产，成本低廉，波长覆盖范围广并且体积小，器件工作寿命长等等是半导体激光器相比起其他类型的激光器所独有的强大的优势。也正是因为如此半导体激光器发展十分迅速，品种数量繁多，现在已经占据了光电子市场相当大的地位。 1977 年成功实现双异质短波长半导体激光器的连续工作时间达到了 1106 个小时后，次年，半导体

38、激光器就开始投入到光纤通信的使用中。半导体激光器体积小，工作效率高以及工作速率快等特点，使得其与光通信领域（光通信，光储存，光信息处理，光交互等等）有着密切的联系。半导体激光器在光纤通信中充当的是指示器和光源的作用，并且是集成电路组成光电子系统重要的器件。 半导体激光器在早期最主要，最大的用处就是作为激光光纤通信系统的光源，由于国际上对于光纤通信系统发展的密切关注，使得半导体激光器的研究工作进展十分快速。刚开始半导体激光器的发展方向是以光纤通信技术的发展需求为主的，所以在很长一段时间国际上对于半导体激光器的研究进展主要集中于信息型半导体激光器上。由于半导体激光器在早期受到科学家青睐的原因来自于

39、光纤通信系统的蓬勃发展，所以会给人们一种半导体激光器是作为光纤通信技术的附庸存在的，其主要发展都是为了光纤通信技术服务的。 其实恰恰相反，最适合激光光纤通信系统的光源就是半导体激光器，目前也只是半导体激光器。而半导体激光器的作用并不只是作为光源存在，相反由于其独特的特欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！性，再加上大功率半导体激光器的研制成功使得半导体激光器无论是在医疗，激光打印，工农业，材料处理等等领域都占据了十分大的市场。而且在早期虽说半导体激光器的发展主要是沿着光纤通信技术的发展而进行研究的，但是正是因为半导体激光器的成功面世以

40、及快速发展，才能够使得光通信领域发展起来。如果半导体激光器的发展不够迅速，光纤通信技术也不可能发展的如此快速。所以，可以说是半导体激光器的存在及发展，成就了现在的光通信技术。 4.1.2 半导体激光器的应用多样化 上个世纪 80 年代，随着对半导体激光器研究的不断深入，半导体激光器结构的不断更新，性能的不断改良使得半导体激光器的实用领域的范围不断扩展，并且由于其成本低廉，高效率，长寿命，便于制造等特点逐渐占据了各个领域的实用市场。 GaAlAsGaAs DH 激光器成功研发后，国际上一直在对其性能进行改良，其工作寿命，阈值电流密度等等都在不断地刷新纪录。其主要是作为光纤通信以及大气通信领域的光

41、源存在，在光纤通信以及大气通信领域占据了十分重要的地位。量子阱大功率半导体激光器的面世使得半导体激光器实用领域向精密机械加工，印刷业，医疗领域以及固体泵浦源领域等等覆盖，并且逐渐占据上述领域的市场。GaN基半导体激光器由于其广阔的波长范围，使得其在生物医疗技术，水下通信及运输，光储存等领域相当大的实用价值。 由于量子阱技术，应变量子阱激光器，DFB 激光器，面发射激光器，大功率激光器等等突破性研究成果的面世，半导体激光器已经占据了激光领域市场的大壁江山，以及成为了军事，医疗，材料加工，印刷业，光通信等等领域不可或缺的存在。 4.2 半导体激光器的未来发展 半导体激光器在社会的各个领域上都占据了

42、一壁江山，各行各业都有着半导体激光器的身影。半导体激光器内部可以被分为几种类型，大概可以分为紫外激光器、紧凑型碟片激光器、蓝光激光器、光学激光器、绿光激光器垂直、腔面发射激光器以及高功率二极管激光器，并且由于光纤激光器的快速发展，现如今光纤激光器已经取代了发光二极管的存在。从 1978 年开始，基本上半导体激光器主要是沿着信息型激光器和功率型激光器两个方面发展。 4.2.1 信息型激光器 信息型激光器的工作目的就是传递信息。其主要应用于光纤通信，信息光储存等领域。随着网络的快速普及和高速发展，如今人们对于通信系统的信息运载能力和传欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删

43、除!我们将竭诚为您提供优质的文档！递信息速度的要求越来越高。为了满足现代网络社会对于通信系统的高要求，满足信息处理速度的高速化要求，信息存储高容量要求，传输的宽带化要求等现代化发展需求，半导体激光器的发展主要沿着短波长 LD、量子点激光器，中红外 LD，盆子线和大功率 ID、高速宽带 LD等方面进行。如今信息型半导体激光器的研究已经取得了相当大的成就，现在的超宽带半导体激光器已经实现在68 微米红外波长范围产生 1.3 瓦的峰值能量 4.2.2 功率型激光器 功率型激光器是以提高光功率为主要目的的半导体激光器。其主要应用于固体激光泵浦等方面，比如现在的光纤激光器就是以半导体激光器作为泵浦源的。

44、现如今随着材料的不断更新，技术的不断进步，未来高功率的光纤激光器将不断提高其输出功率与光束质量，光纤激光器在工业等方面的应用也将越来越广，社会对于光纤激光器的需求也越来越大。而半导体激光器作为光纤激光器重要的组成部分，也会随着光纤激光器的快速发展而发展，未来高功率半导体激光器会进入工业的应用以及产业化的快速发展期。所以在未来的一段时间里，半导体激光器的发展方向将朝着短流程、低能耗、高效率、高性能、数字化方向、高智能的方向发展。并且由于高功率的半导体激光器在生活中的应用主要是在于激光测距、激光医疗、绿光泵浦、激光切割和激光打标等方面。在未来，为了实现半导体激光器在激光切割等方面的直接应用，高功率

45、半导体激光器的发展方向会向着提高亮度的方面发展。 结语 半导体激光器的起步较快，发展也较为迅速，这使得其取得相当不错的研究成果。半导体激光器具有体积小，重量轻；波长范围广，相干性高，适宜大量生产，可以单片集成化以及可以直接调制等特性，使得半导体激光器成为最实用最普及关键的一类激光器，无论是在军事，光通信事业，医学，工业还是打印等等领域都有一席之地。 如今是信息爆炸的时代，人们的生活工作的节奏都在加快，这对于科研事业来说既是机遇也是挑战。半导体激光器作为在各个领域都有着十分重要地位的器件，其发展也会随着社会的发展不断的进步。为了满足新时代的要求，半导体激光器会向着短波长 LD、短流程，中红外 L

46、D，低能耗和高性能、高速宽带 LD，量子点激光器、盆子线、高效率、大功率 ID、数字化方向、高智能的方向发展。 时代在不断的变化，科技在不断的进步。我相信在未来半导体激光器的发展会更加快速，发展的方向会更加多样化，应用的领域会更加广阔。半导体激光器的蓬勃发欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！展会为中国的经济，军事，医学等等方面做出卓越的贡献。 参考文献 1. 康静. 中国半导体激光器的早期发展（1963-1980）.首都师范大学. 2013-05-01 2. 康静，李艳平. 中国第一代半导体激光器的研制(TN248.4. 北京市东直

47、门中学首都师范大学物理系. 2014-03-15 3. 王启明. 中国半导体激光器的历次突破与发展(邀请论文. TN248.4. 中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点联合实验室. 2010-09-10 4. 干福熹. 回顾中国激光的诞生和早期发展(邀请论文. 中国科学院上海光学精密机械研究所复旦大学.2010-09 5. 单振国,干福熹著,当代激光之魅力M. 科学出版社 , 2000 6. 邓锡铭主编,中国激光史概要M. 科学出版社, 1991 7. 周炳琨.激光,令人激动的光纪念激光器发明 50 周年J.中国激光. 2010(09 8. 刘凤英,王艳辉,李桂琴.半导体激光器发展概论J. 物理与工程. 2000(06 9. 邓锡铭.我国激光的早期发展(19601964J. 激光与光电子学进展. 1990(12 10. 黄德修,刘雪峰编著,半导体激光器及其应用M. 国防工业出版社 , 1999