半導體(ti) 激光器俗稱激光二極管，因為(wei) 其用半導體(ti) 材料作為(wei) 工作物質的特性所以被稱為(wei) 半導體(ti) 激光器。半導體(ti) 激光器由光纖耦合半導體(ti) 激光器模塊、合束器件、激光傳(chuan) 能光纜、電源係統、控製係統及機械結構等構成，在電源係統和控製係統的驅動和監控下實現激光輸出。

一、半導體激光器簡介

半導體(ti) 激光器俗稱激光二極管，因為(wei) 其用半導體(ti) 材料作為(wei) 工作物質的特性所以被稱為(wei) 半導體(ti) 激光器。半導體(ti) 激光器由光纖耦合半導體(ti) 激光器模塊、合束器件、激光傳(chuan) 能光纜、電源係統、控製係統及機械結構等構成，在電源係統和控製係統的驅動和監控下實現激光輸出。半導體(ti) 激光器的常用工作物質主要有砷化镓(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。根據不同的工作物質主要有三種激勵方式：電注入，pump式和高能電子束激勵。

1電注入是半導體激光器

一般由GaAS、CdS、InP、ZnS等工作物質作為(wei) 主要材料，製成半導體(ti) 麵結型二極管，在受到電注入時，沿著正向偏壓注入的電流，對工作物質進行激勵，從(cong) 而在節平麵區域產(chan) 生受激發射。

2Punp式激光器

一般由晶體(ti) 中摻入受主雜的的以空穴為(wei) 載流子的鍺單晶(P型半導體(ti) 單晶)或以電子為(wei) 載流子的鍺單晶(N型半導體(ti) 單晶)作為(wei) 工作物質，並通過其他激光器發出的激光作pump激勵，從(cong) 而實現種群反演。

3高能電子束激勵式半導體激光器

一般在工作物質的選擇上與(yu) pump式激光器相似，也是選用半導體(ti) 鍺單晶，但值得注意的問題是，在P型半導體(ti) 單晶的選擇上高能電子束激勵式半導體(ti) 激光器主要以PbS。CbS和ZnO為(wei) 主。

半導體(ti) 激光器種類較多，根據其芯片參數、封裝方式的不同，有多種分類方式。其中，光纖輸出的半導體(ti) 激光器分類方式主要有以下幾種：

二、半導體激光器技術發展情況

自1962年發明了世界上第一台半導體(ti) 激光器以來，半導體(ti) 激光器發生了巨大的變化，極大地推動了其他科學技術的發展。

近年來用於(yu) 信息技術領域的小功率半導體(ti) 激光器發展極快。如用於(yu) 光纖通信的DFB和動態單模的激光二極管以及在光盤處理中大量應用的可見光波長的激光二極管，甚至是超短脈衝(chong) 的激光二極管都得到了大幅度的革新性進步。

小功率激光二極管其自身還擁有這高集成、高速率以及可調諧的發展特征。大型高功率半導體(ti) 激光器的發展速度也不斷加快。

在上世紀八十年代，獨立的激光二極管的輸出功率已經在100mW以上，並達到了39%的轉化效率。等到了90年代，美國人又一次將指標提高一個(ge) 新的水平，達到了45%的轉化效率，就輸出功率來看，也從(cong) W到了KW級的轉變。

目前各國在研製項目的支持下，半導體(ti) 激光器的芯片結構、外延生長和器件封裝等激光器技術均有了長足發展，單元器件的性能也實現了重大突破：電光轉換效率達70%以上，很低的光束發散角，單巴條連續輸出功率超過千瓦，采用碳納米(CN)熱沉使激光器的冷卻效率比傳(chuan) 統的半導體(ti) 巴條安裝技術可提高30%。100μm條寬單管輸出功率達到24.6W，大功率連續工作壽命長達數萬(wan) 小時。

高效能大功率的半導體(ti) 激光器也迅速發展為(wei) 全固化激光器，從(cong) 而使得LDP固體(ti) 激光器獲得了全新的發展機遇和前景。

三、半導體激光器市場規模

半導體(ti) 激光器具有體(ti) 積小、重量輕、壽命長、運轉可靠性高、能耗低、電光轉換效率高、易於(yu) 大規模生產(chan) 以及價(jia) 格較低廉等優(you) 點，在CD激光唱片機、光纖通信、光存儲(chu) 器、激光打印機等獲得廣泛應用，範圍覆蓋了整個(ge) 光電子學領域。

隨著技術的不斷發展和突破，半導體(ti) 激光器正向發射波長更短、發射功率更大、超小型、長壽命的方向發展，以滿足各種應用的需要，產(chan) 品種類日益豐(feng) 富。在激光加工、3D打印、激光雷達、激光測距、軍(jun) 事、醫療和生命科學等方麵也得到了大量應用。另外，通過耦合進光纖進行傳(chuan) 輸，大功率直接半導體(ti) 激光器在切割和焊接領域得到了廣泛應用。

四、半導體激光器的應用

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在光電子領域的應用

(1)光纖通信。半導體(ti) 激光器是光纖通信係統的唯一實用化光源，光纖通信已成為(wei) 當代通信技術的主流。

(2)光盤存取。半導體(ti) 激光已經用於(yu) 光盤存儲(chu) 器，其最大優(you) 點是存儲(chu) 的聲音、文字和圖象信息量很大。采用藍、綠激光能夠大大提高光盤的存儲(chu) 密。

(3)光譜分析。遠紅外可調諧半導體(ti) 激光器已經用於(yu) 環境氣體(ti) 分析，監測大氣汙染、汽車尾氣等。在工業(ye) 上可用來監測氣相澱積的工藝過程。

(4)光信息處理。半導體(ti) 激光器已經用於(yu) 光信息理係統。表麵發射半導體(ti) 激光器二維陣列是光並行處理係統的理想光源，將用於(yu) 計算機和光神經網絡。5)激光微細工。借助於(yu) Q開關(guan) 半導體(ti) 激光器產(chan) 生的高能量超短光衝(chong) ，可對集成電路進行切割、打孔等。

(5)激光報警器。半導體(ti) 激光報警器用途甚廣，包括防盜報警、水位報警、車距報警等。

(6)激光打印機。高功率半導體(ti) 激光器已經用於(yu) 激光打印機。采用藍、綠激光能夠大大提高打印速度和分辨率。

(7)激光條碼掃描器。半導體(ti) 激光條碼掃描器已經廣泛用於(yu) 商品的銷售，以及圖書(shu) 和檔案的管理。

(8)高清晰度激光電視。不久的將來，沒有陰極射線管的半導體(ti) 激光電視機可以投放市場，它利用紅、藍、綠三色激光，估計其耗電量比現有的電視機低20%。

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在材料加工上的應用

半導體(ti) 激光器在材料加工上多用於(yu) 材料的切割和電路板的加工。由於(yu) 激光器的高穩定性和高效能，從(cong) 而使得其可以輕易的對工業(ye) 材料進行精確的切割，並且在高頻電路板的加工上，低波長的紫外激光也有不錯的應用。

(1)光纖激光器和固體(ti) 激光器的泵浦源

目前，半導體(ti) 激光器的最大應用是作為(wei) 光纖激光器和固體(ti) 激光器的泵浦源。作為(wei) 光纖激光器泵源的半導體(ti) 激光器，提高單元功率能夠從(cong) 根本上簡化泵浦係統的結構或提高泵浦功率水平。隨著光纖激光器和固體(ti) 激光器輸出功率越來越高，對半導體(ti) 泵浦源的功率也提出了更高的要求。

(2)金屬切割

由於(yu) 光束質量的限製，傳(chuan) 統半導體(ti) 激光器難以直接用於(yu) 金屬切割。近年來，隨著半導體(ti) 耦合技術的提高以及新型合束技術的逐漸成熟，部分千瓦級以上的光纖輸出的半導體(ti) 激光器可以滿足切割對光束質量的要求。另外，由於(yu) 半導體(ti) 激光器波長的多樣性，短波長的半導體(ti) 激光器的波長十分接近鋁的波長吸收最大值，在汽車工業(ye) 中，大功率半導體(ti) 激光非常適用於(yu) 車身的鋁材的焊接。激光輸出功率為(wei) 2KW至6KW的半導體(ti) 激光器在汽車工業(ye) 生產(chan) 過程中已廣泛應用。

(3)塑料焊接

使用中小功率的半導體(ti) 激光器的激光焊接完善了熱塑性塑料焊接的傳(chuan) 統方法，例如，通過超聲波焊接的方式，可使連接區域在壓緊前直接塑化。激光可以實現光穿透式的激光焊接，在連接區域形成均勻的熔體(ti) ，避免因摩擦產(chan) 生的起毛現象。半導體(ti) 激光塑料焊接廣泛使用於(yu) 汽車行業(ye) 的傳(chuan) 感器或塑料箱體(ti) 的密封焊接，也可應用於(yu) 木製產(chan) 品包邊或者加工纖維強化的合成材料。

(4)激光熔覆

激光熔覆又稱為(wei) 激光包覆或激光熔敷，是一種表麵改性技術，通過在基材表麵添加熔覆材料，並利用高能密度的激光束使之與(yu) 基材表麵薄層一起熔凝的方法，在基層表麵形成與(yu) 其為(wei) 冶金結合的添料熔覆層。半導體(ti) 激光器可用於(yu) 熔覆工藝，實現減少粉末與(yu) 集體(ti) 材料的混合以及更少的熱量輸入，進一步提高熔覆工藝的經濟效益。

(5)激光錫焊

錫焊是利用低熔點的金屬焊料加熱熔化後，滲入並充填金屬件連接處間隙的焊接方法，焊料常為(wei) 錫基合金。目前，輸出功率為(wei) 100W的半導體(ti) 激光器已在錫焊中的推廣應用。隨著半導體(ti) 激光器價(jia) 格的進一步降低、人工成本的不斷提高及智能製造、精密製造的推進，預計激光錫焊未來將逐步替換傳(chuan) 統的烙鐵焊接，得到廣泛的應用。

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在軍(jun) 事上的應用

小功率的半導體(ti) 激光器由於(yu) 自身體(ti) 積小，壽命長且易於(yu) 調製的特點，被廣泛應用與(yu) 激光製導和激光測距等領域。簡單易行，並且取得了不錯的效果。現在大功率半導體(ti) 激光器的發展，也使其與(yu) 軍(jun) 事領域大放異彩，激光雷達和激光模擬以及深海光通信，都得到了極大的發展。

半導體(ti) 激光器在軍(jun) 事上的應用主要包括：高能激光武器泵源，大功率半導體(ti) 激光器合束直接應用;激光製導，使導彈在激光射束中飛行直至摧毀目標，半導體(ti) 激光製導多用於(yu) 地-空導彈、空-空導彈、地-地導彈等;激光測距，主要用於(yu) 反坦克武器以及航空、航天等領域;激光雷達，用於(yu) 監測目標，對來襲目標精確定位以及對直升飛機和巡航導彈的地形跟蹤等。製導和測距等應用以大功率脈衝(chong) 半導體(ti) 激光器為(wei) 主，波長集中在904nm波長附近，近年來基於(yu) 人眼安全考慮，有向長波長發展的.

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