半導體(ti) 激光器一般具有質量輕、調製效率高、體(ti) 積小等特點，在民用、軍(jun) 用、醫療等領域應用比較廣泛。大功率半導體(ti) 激光器的研究從(cong) 20世紀80年代開始，從(cong) 未停止，隨著半導體(ti) 技術與(yu) 激光技術的不斷發展，大功率也半導體(ti) 激光器在功率輸出、功率轉換、可靠性等方麵取得了比較大的進步。

1 大功率半導體(ti) 激光器的基本概述

半導體(ti) 激光器屬於(yu) 激光器的一種，主要是借助半導體(ti) 物質，完成相應的激光工作，常被稱之為(wei) 激光二極管。不同半導體(ti) 工作物質產(chan) 生激光的過程存在一定差異，當前常用的半導體(ti) 物質包括了InP（磷化銦）、CdS（硫化鎘）、ZnS（硫化鋅）、GaAs（砷化镓）等。按照半導體(ti) 器件不同可以將半導體(ti) 劃分為(wei) 單異質結、同質結、雙異質結等。按照輸出功率的不同可將半導體(ti) 激光器分為(wei) 小功率半導體(ti) 激光器與(yu) 大功率半導體(ti) 激光器兩(liang) 種。半導體(ti) 激光器的工作原理為(wei) 在半導體(ti) 價(jia) 帶與(yu) 導帶之間通過激勵方式，實現空穴複合產(chan) 生受激發射，在這一過程中由於(yu) 激勵導致的粒子數反轉至關(guan) 重要。

2 大功率半導體(ti) 激光器的研究現狀綜述

大功率半導體(ti) 激光器的研究現狀主要從(cong) 輸出功率、轉化效率和可靠性三個(ge) 方麵展開分析。

2.1 輸出功率

隨著技術的不斷發展，大功率半導體(ti) 激光器在輸出功率方麵已經取得了不錯的成績。以商用的此類激光器為(wei) 例，一般商用大功率激光器波長主要在800~1100nm之間，在輸出功率優(you) 化方麵主要通過發光點個(ge) 數與(yu) 單管激光優(you) 化提升兩(liang) 方麵。首先，發光點個(ge) 數的進一步增加。設計人員通過優(you) 化激光器內(nei) 部線陣與(yu) 單管模組、迭陣、麵陣等，進一步增加了激光器發光點的數量，進一步增強激光器輸出功率。在線陣合束優(you) 化上，增加線陣數量，利用光學元件使得分立空間能量（激光）疊加，達到增加發光點的目的，此種方式簡便易操作，應用最為(wei) 廣泛；在迭陣合束優(you) 化上，利用堆整形方法（平行平板）與(yu) 迭陣合束技術相結合，轉換激光加工方式，進一步實現激光的直接加工，達到優(you) 化輸出的目的。

其次，單管激光優(you) 化。單管激光優(you) 化是提升半導體(ti) 激光器輸出功率的有效方式之一，設計人員通過改變芯片製備、芯片結構、腔麵鍍膜等技術，進一步優(you) 化輸出功率（單管激光）促進激光器性能的提升。近些年單管激光器的輸出功率（連續）最高達25W以上。

2.2 轉化效率

除了輸出效率之外，大功率半導體(ti) 激光器的性能還與(yu) 其轉化效率有很大關(guan) 係，提升半導體(ti) 轉換效率，減少半導體(ti) 激光器廢熱產(chan) 生，無疑可以提升能量利用率，延長激光器的使用壽命。

在半導體(ti) 轉化效率研究方麵，各國重點在提升轉化效率，先製定轉化率目標，之後通過技術手段進行優(you) 化，當前激光器轉化效率目標製定上各國研究目標大多在80%以上。在轉化效率的優(you) 化上研究重點普遍集中在溫度控製上，Alfalight公司通過對970nm單條大功率半導體(ti) 激光器的轉換率（50%）進行研究觀察分析得出轉化效率優(you) 化上可以從(cong) 以下幾方麵入手：①載流子消耗控製，研究中由於(yu) 載流子溢出導致消耗，占總體(ti) 消耗的比例相對較高，大約8%左右，通過空穴和電子在量子阱中實現的複合效果有限，所以需要進一步控製載流子消耗。以提升激光器轉化效率。②閾值下消耗控製，這部分消耗所占比例相對較高，需要進行控製，以優(you) 化粒子反轉，提升轉化效率。

2.3 可靠性

可靠性是半導體(ti) 激光器優(you) 化的重點之一，與(yu) 小功率半導體(ti) 相比大功率半導體(ti) 的可靠性優(you) 化還有很大的發展空間。大功率半導體(ti) 激光器由於(yu) 連續的大電流工作不得不麵臨(lin) 燒孔、光絲(si) 效應等問題，解決(jue) 這一類問題可有效提升大功率半導體(ti) 可靠性。近年來研究者利用傳(chuan) 熱結構優(you) 化、封裝技術改進、光斑尺寸增大、生長（晶體(ti) ）質量提高等方法，進一步提升了大功率半導體(ti) 的可靠性，延長大功率半導體(ti) 使用壽命，將單管最長使用壽命延長到10萬(wan) 小時以上。

3 大功率半導體(ti) 激光器光束質量探討

大功率半導體(ti) 激光器除了輸出功率等優(you) 化外，近些年在激光束質量方麵的研究也取得了很大進展，激光束質量得到進一步提升。研究者利用加工工藝與(yu) 芯片結構的改進，加強了對激光束兩(liang) 側(ce) 控製，確保射出的激光束穩定單一，提升了激光束子的質量。研究者還利用WBC（外腔反饋光譜合束）技術，對大功率半導體(ti) 激光器的合束光源進行改善，進一步提升了大功率半導體(ti) 激光束質量。首先，半導體(ti) 單管兩(liang) 側(ce) 模式限製。

Ledentsov等研究者提出一種新型的激光器結構，該種激光結構是基於(yu) 帶晶體(ti) 波導（縱向光子）的新形式，改變對激光兩(liang) 側(ce) 控製，可以提升激光束兩(liang) 側(ce) 機關(guan) 控製水平，使得激光束集中度更優(you) 質，改善激光器傳(chuan) 統芯片光束質量差的現狀，更新激光束芯片質量，進一步提升激光束質量。其次，空間合束技術的應用。大功率半導體(ti) 激光器的研究者利用空間合束技術，來增加激光功率，提升激光單元光束質量，從(cong) 而達到提升整體(ti) 激光光束質量的目的。

4 結束語

未來大功率半導體(ti) 激光器的應用會(hui) 進一步加深，通過對大功率的研究，探索大功率半導體(ti) 激光器優(you) 化的方式，促進大功率激光器技術推廣與(yu) 發展。相關(guan) 研究人員可從(cong) 輸出功率、轉化效率、可靠性、光束質量等方麵全麵優(you) 化技術應用，促進質量提升。