半導(dǎo)體激光模塊應(yīng)用

1978年，半導(dǎo)體激光模塊開始應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)，半導(dǎo)體激光模塊可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過大規(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng).由于半導(dǎo)體激光模塊有著超小型、高效率和高速工作的優(yōu)異特點(diǎn)，所以這類器件的發(fā)展，一開始就和光通信技術(shù)緊密結(jié)合在一起，它在光通信、光變換、光互連、并行光波系統(tǒng)、光信息處理和光存貯、光計算機(jī)外部設(shè)備的光禍合等方面有重要用途.半導(dǎo)體激光模塊的問世極大地推動了信息光電子技術(shù)的發(fā)展，到如今，它是當(dāng)前光通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源.半導(dǎo)體激光模塊再加上低損耗光纖，對光纖通信產(chǎn)生了重大影響，并加速了它的發(fā)展.因此可以說，沒有半導(dǎo)體激光模塊的出現(xiàn)，就沒有當(dāng)今的光通信.GaAs/GaAlA。雙異質(zhì)結(jié)激光器是光纖通信和大氣通信的重要光源，如今，凡是長距離、大容量的光信息傳輸系統(tǒng)無不都采用分布反饋式半導(dǎo)體激光模塊(DFB一LD).半導(dǎo)體激光模塊也廣泛地應(yīng)用于光盤技術(shù)中，光盤技術(shù)是集計算技術(shù)、激光技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)于一體的綜合性技術(shù).是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存儲手段，它需要半導(dǎo)體激光模塊產(chǎn)生的光束將信息寫人和讀出.

下面我們具體來看看幾種常用的半導(dǎo)體激光模塊的應(yīng)用:

量子阱半導(dǎo)體大功率激光器在精密機(jī)械零件的激光加工方面有重要應(yīng)用，同時也成為固體激光器最理想的、高效率泵浦光源.由于它的高效率、高可*性和小型化的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致了固體激光器的不斷更新.

在印刷業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，高功率半導(dǎo)體激光模塊也有應(yīng)用.另外，如長波長激光器(1976年，人們用Ga[nAsP/InP實現(xiàn)了長波長激光器)用于光通信，短波長激光器用于光盤讀出.自從NaKamuxa實現(xiàn)了GaInN/GaN藍(lán)光激光器，可見光半導(dǎo)體激光模塊在光盤系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，如CD播放器，DVD系統(tǒng)和高密度光存儲器可見光面發(fā)射激光器在光盤、打印機(jī)、顯示器中都有著很重要的應(yīng)用，特別是紅光、綠光和藍(lán)光面發(fā)射激光器的應(yīng)用更廣泛.藍(lán)綠光半導(dǎo)體激光模塊用于水下通信、激光打印、高密度信息讀寫、深水探測及應(yīng)用于大屏幕彩色顯示和高清晰度彩色電視機(jī)中.總之，可見光半導(dǎo)體激光模塊在用作彩色顯示器光源、光存貯的讀出和寫人，激光打印、激光印刷、高密度光盤存儲系統(tǒng)、條碼讀出器以及固體激光器的泵浦源等方面有著廣泛的用途.量子級聯(lián)激光的新型激光器應(yīng)用于環(huán)境檢測和醫(yī)檢領(lǐng)域.另外,由于半導(dǎo)體激光模塊可以通過改變磁場或調(diào)節(jié)電流實現(xiàn)波長調(diào)諧，且已經(jīng)可以獲得線寬很窄的激光輸出，因此利用半導(dǎo)體激光模塊可以進(jìn)行高分辨光譜研究.可調(diào)諧激光器是深入研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)而迅速發(fā)展的激光光譜學(xué)的重要工具大功率中紅外(3.5lm)LD在紅外對抗、紅外照明、激光雷達(dá)、大氣窗口、自由空間通信、大氣監(jiān)視和化學(xué)光譜學(xué)等方面有廣泛的應(yīng)用.

綠光到紫外光的垂直腔面發(fā)射器在光電子學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，如超高密度、光存儲.近場光學(xué)方案被認(rèn)為是實現(xiàn)高密度光存儲的重要手段.垂直腔面發(fā)射激光器還可用在全色平板顯示、大面積發(fā)射、照明、光信號、光裝飾、紫外光刻、激光加工和醫(yī)療等方面I2)、如前所述，半導(dǎo)體激光模塊自20世紀(jì)80年代初以來，由于取得了DFB動態(tài)單縱模激光器的研制成功和實用化，量子阱和應(yīng)變層量子阱激光器的出現(xiàn)，大功率激光器及其列陣的進(jìn)展，可見光激光器的研制成功，面發(fā)射激光器的實現(xiàn)、單極性注人半導(dǎo)體激光模塊的研制等等一系列的重大突破，半導(dǎo)體激光模塊的應(yīng)用越來越廣泛，半導(dǎo)體激光模塊已成為激光產(chǎn)業(yè)的主要組成部分，已成為各國發(fā)展信息、通信、家電產(chǎn)業(yè)及軍事裝備不可缺少的重要基礎(chǔ)器件.

半導(dǎo)體激光模塊在半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)中的應(yīng)用：

半導(dǎo)體激光模塊因其使用壽命長、激光利用效率高、熱能量比YAG激光器小、體積小、性價比高、用電省等一系列優(yōu)勢而成為2010年熱賣產(chǎn)品，e網(wǎng)激光生產(chǎn)的國產(chǎn)半導(dǎo)體激光模塊的出現(xiàn)，加速了以半導(dǎo)體激光模塊為主要耗材的半導(dǎo)體激光機(jī)取代YAG激光打標(biāo)機(jī)市場份額的步伐。

半導(dǎo)體物理學(xué)的迅速發(fā)展及隨之而來的晶體管的發(fā)明，使科學(xué)家們早在50年代就設(shè)想發(fā)明半導(dǎo)體激光模塊，60年代早期，很多小組競相進(jìn)行這方面的研究。在理論分析方面，以莫斯科列別捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最為杰出。 　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(xué)院林肯實驗室的兩名學(xué)者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）報告了砷化鎵材料的光發(fā)射現(xiàn)象，這引起通用電氣研究實驗室工程師哈爾（Hall）的極大興趣，在會后回家的火車上他寫下了有關(guān)數(shù)據(jù)?；氐郊液?，哈爾立即制定了研制半導(dǎo)體激光模塊的計劃，并與其他研究人員一道，經(jīng)數(shù)周奮斗，他們的計劃獲得成功。 　像晶體二極管一樣，半導(dǎo)體激光模塊也以材料的p-n結(jié)特性為基礎(chǔ)，且外觀亦與前者類似，因此，半導(dǎo)體激光模塊常被稱為二極管激光器或激光二極管。 　早期的激光二極管有很多實際限制，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（圣彼得堡）約飛（Ioffe）物理研究所制造出能在室溫下工作的連續(xù)器件。而足夠可靠的半導(dǎo)體激光模塊則直到70年代中期才出現(xiàn)。 　半導(dǎo)體激光模塊體積非常小，最小的只有米粒那樣大。工作波長依賴于激光材料，一般為0.6～1.55微米，由于多種應(yīng)用的需要，更短波長的器件在發(fā)展中。據(jù)報導(dǎo)，以Ⅱ～Ⅳ價元素的化合物，如ZnSe為工作物質(zhì)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(xù)器件輸出功率已達(dá)10毫瓦以上。但迄今尚未實現(xiàn)商品化。 　光纖通信是半導(dǎo)體激光可預(yù)見的最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，一方面是世界范圍的遠(yuǎn)距離海底光纖通信，另一方面則是各種地區(qū)網(wǎng)。后者包括高速計算機(jī)網(wǎng)、航空電子系統(tǒng)、衛(wèi)生通訊網(wǎng)、高清晰度閉路電視網(wǎng)等。但就而言，激光唱機(jī)是這類器件的最大市場。其他應(yīng)用包括高速打印、自由空間光通信、固體激光泵浦源、激光指示，及各種醫(yī)療應(yīng)用等。 　20世紀(jì)60年代初期的半導(dǎo)體激光模塊是同質(zhì)結(jié)型激光器，它是在一種材料上制作的pn結(jié)二極管在正向大電流注人下，電子不斷地向p區(qū)注人，空穴不斷地向n區(qū)注人.于是，在原來的pn結(jié)耗盡區(qū)內(nèi)實現(xiàn)了載流子分布的反轉(zhuǎn)，由于電子的遷移速度比空穴的遷移速度快，在有源區(qū)發(fā)生輻射、復(fù)合，發(fā)射出熒光，在一定的條件下發(fā)生激光，這是一種只能以脈沖形式工作的半導(dǎo)體激光模塊. 　半導(dǎo)體激光模塊發(fā)展的第二階段是異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光模塊，它是由兩種不同帶隙的半導(dǎo)體材料薄層，如GaAs, GaAlAs所組成，最先出現(xiàn)的是單異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器(1969年).單異質(zhì)結(jié)注人型激光器(SHLD)是利用異質(zhì)結(jié)提供的勢壘把注入電子限制在GaAsP一N結(jié)的P區(qū)之內(nèi)，以此來降低閥值電流密度，其數(shù)值比同質(zhì)結(jié)激光器降低了一個數(shù)量級，但單異質(zhì)結(jié)激光器仍不能在室溫下連續(xù)工作. 　1970年，實現(xiàn)了激光波長為9000?.室溫連續(xù)工作的雙異質(zhì)結(jié)GaAs-GaAlAs(砷化稼一稼鋁砷)激光器.雙異質(zhì)結(jié)激光器(DHL)的誕生使可用波段不斷拓寬，線寬和調(diào)諧性能逐步提高，其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在P型和n型材料之間生長了僅有0. 2 Eam厚的，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(qū)域內(nèi)(有源區(qū))，因而注人較少的電流就可以實現(xiàn)載流子數(shù)的反轉(zhuǎn).在半導(dǎo)體激光模塊件中，比較成熟、性能較好、應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注人式GaAs二極管激光器. 　隨著異質(zhì)結(jié)激光器的研究發(fā)展，人們想到如果將超薄膜(< 20nm)的半導(dǎo)體層作為激光器的激括層，以致于能夠產(chǎn)生量子效應(yīng)，結(jié)果會是怎么樣"para" label-module="para">

發(fā)展概況

簡介

半導(dǎo)體激光模塊又稱激光二極管[1](LD)。進(jìn)入八十年代，人們吸收了半導(dǎo)體物理發(fā)展的最新成果，采用了量子阱(QW)和應(yīng)變量子阱(SL-QW)等新穎性結(jié)構(gòu)，引進(jìn)了折射率調(diào)制Bragg發(fā)射器以及增強(qiáng)調(diào)制Bragg發(fā)射器最新技術(shù)，同時還發(fā)展了MBE、MOCVD及CBE等晶體生長技術(shù)新工藝，使得新的外延生長工藝能夠精確地控制晶體生長，達(dá)到原子層厚度的精度，生長出優(yōu)質(zhì)量子阱以及應(yīng)變量子阱材料。于是，制作出的LD，其閾值電流顯著下降，轉(zhuǎn)換效率大幅度提高，輸出功率成倍增長，使用壽命也明顯加長。

A 小功率LD

用于信息技術(shù)領(lǐng)域的小功率LD發(fā)展極快。例如用于光纖通信及光交換系統(tǒng)的分布反饋(DFB)和動態(tài)單模LD、窄線寬可調(diào)諧DFB-LD、用于光盤等信息處理技術(shù)領(lǐng)域的可見光波長(如波長為670nm、650nm、630nm的紅光到藍(lán)綠光)LD、量子阱面發(fā)射激光器以及超短脈沖LD等都得到實質(zhì)性發(fā)展。這些器件的發(fā)展特征是：單頻窄線寬、高速率、可調(diào)諧以及短波長化和光電單片集成化等。

B 高功率LD

1983年，波長800nm的單個LD輸出功率已超過100mW，到了1989年，0.1mm條寬的LD則達(dá)到3.7W的連續(xù)輸出，而1cm線陣LD已達(dá)到76W輸出，轉(zhuǎn)換效率達(dá)39%。1992年，美國人又把指標(biāo)提高到一個新水平：1cm線陣LD連續(xù)波輸出功率達(dá)121W，轉(zhuǎn)換效率為45%。輸出功率為120W、1500W、3kW等諸多高功率LD均已面世。高效率、高功率LD及其列陣的迅速發(fā)展也為全固化激光器，亦即半導(dǎo)體激光泵浦(LDP)的固體激光器的迅猛發(fā)展提供了強(qiáng)有力的條件。

近年來，為適應(yīng)EDFA和EDFL等需要，波長980nm的大功率LD也有很大發(fā)展。最近配合光纖Bragg光柵作選頻濾波，大幅度改善其輸出穩(wěn)定性，泵浦效率也得到有效提高。

特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

半導(dǎo)體二極管激光器是實用中最重要的一類激光器。它體積小、壽命長，并可采用簡單的注入電流的方式來泵浦其工作電壓和電流與集成電路兼容，因而可與之單片集成。并且還可以用高達(dá)GHz的頻率直接進(jìn)行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出。由于這些優(yōu)點(diǎn)，半導(dǎo)體二極管激光器在激光通信、光存儲、光陀螺、激光打印、測距以及雷達(dá)等方面以及獲得了廣泛的應(yīng)用。

標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)封裝半導(dǎo)體激光模塊器。典型波長：635nm，65Onm，660nm，670nm，690nm，780nm，83Onm，860nm，915nm，940nm及1064nm，131Onm，1480nm.單管芯功率從50mw到7000mw；單Bar連續(xù)輸出功率>40w，百瓦級cw列陣，千瓦級Qcw列陣

激光打標(biāo)機(jī)常用半導(dǎo)體激光模塊波長為1064nm、532nm、808nm等。一般而言1064nm半導(dǎo)體激光模塊都是采用水冷。而小功率的532nm以及808nm半導(dǎo)體激光模塊則一般采用風(fēng)冷。

怡德激光主要產(chǎn)品包括光纖激光打標(biāo)機(jī)、半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)、半導(dǎo)體激光模塊、YAG燈泵浦激光打標(biāo)機(jī)、CO2激光打標(biāo)機(jī)、激光焊接機(jī)、全自動激光焊接機(jī)、光纖激光焊接機(jī)、 振鏡激光焊接機(jī)等多類型二十幾種型號的工業(yè)激光設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電子、IC芯片、電工電器、照明燈具、珠寶首飾、五金工具、衛(wèi)浴潔具、高爾夫球頭、儀器儀表、汽摩配件、 手機(jī)通訊部件、模具、精密機(jī)械、醫(yī)療器械、IT數(shù)碼金屬外殼、軍工航空部件、服裝皮革、工藝禮品、廣告裝飾、模型、炊具餐具、廚具等行業(yè)。

前言

第一章 長飛光纜

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 產(chǎn)品系列

第二章 飛秒自聚焦透鏡

第一節(jié) 自聚焦透鏡概述

第二節(jié) 自聚焦透鏡的應(yīng)用原理

第三節(jié) 自聚焦透鏡的性能

第四節(jié) 自聚焦透鏡產(chǎn)品系列

第五節(jié) 自聚焦透鏡使用中的注意事項

第三章 凌云激光器件

第一節(jié) 半導(dǎo)體激光器

第二節(jié) 光纖耦合半導(dǎo)體激光模塊

第三節(jié) 光纖耦合半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)

第四節(jié) 半導(dǎo)體泵浦固體激光器

第五節(jié) 倍頻/多倍頻固體激光器

第六節(jié) 激光

第四章 中滬/超榮光幕傳感器

第一節(jié) NA系列光幕傳感器

第二節(jié) CN系列安全光幕傳感器

第五章 科力光電保護(hù)器

第一節(jié) KS02A（B）型光電保護(hù)器

第二節(jié) LDKS型光電保護(hù)器

第六章 天達(dá)/中科恒源太陽電池

第七章 科藝激光器

第八章 西物光電探測器

第九章 華工激光打標(biāo)機(jī)

第十章 光電輔料

附錄