半導(dǎo)體激光器又稱為激光二極管(LD,Laser Diode),是采用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射的一類激光器。常用材料有砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦激勵三種形式。半導(dǎo)體激光器件,一般可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)。同質(zhì)結(jié)激光器和單異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)多為脈沖器件,而雙異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。半導(dǎo)體激光器的優(yōu)點(diǎn)在于體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、能耗低、效率高、壽命長、高速調(diào)制,因此半導(dǎo)體激光器在激光通信、光存儲、光陀螺、激光打印、激光醫(yī)療、激光測距、激光雷達(dá)、自動控制、檢測儀器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
半導(dǎo)體光電器件的工作波長與半導(dǎo)體材料的種類有關(guān)。半導(dǎo)體材料中存在著導(dǎo)帶和價(jià)帶,導(dǎo)帶上面可以讓電子自由運(yùn)動,而價(jià)帶下面可以讓空穴自由運(yùn)動,導(dǎo)帶和價(jià)帶之間隔著一條禁帶,當(dāng)電子吸收了光的能量從價(jià)帶跳躍到導(dǎo)帶中去時(shí)就把光的能量變成了電,而帶有電能的電子從導(dǎo)帶跳回價(jià)帶,又可以把電的能量變成光,這時(shí)材料禁帶的寬度就決定了光電器件的工作波長。
半導(dǎo)體激光器工作原理是:通過一定的激勵方式,在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶(導(dǎo)帶與價(jià)帶)之間,或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)(受主或施主)能級之間,實(shí)現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn),當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導(dǎo)體激光器的激勵方式主要有三種:電注入式、電子束激勵式和光泵浦激勵式。電注入式半導(dǎo)體激光器一般是由GaAS(砷化鎵)、InAS(砷化銦)、Insb(銻化銦)等材料制成的半導(dǎo)體面結(jié)型二極管,沿正向偏壓注入電流進(jìn)行激勵,在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。電子束激勵式半導(dǎo)體激光器一般用N型或者P型半導(dǎo)體單晶(PbS、CdS、ZhO等)作為工作物質(zhì),通過由外部注入高能電子束進(jìn)行激勵。光泵浦激勵式半導(dǎo)體激光器一般用N型或P型半導(dǎo)體單晶(GaAS、InAs、InSb等)作為工作物質(zhì),以其它激光器發(fā)出的激光作光泵激勵。
目前在半導(dǎo)體激光器件中,性能較好、應(yīng)用較廣的是:具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極管半導(dǎo)體激光器。
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