半导体激光器的具体应用(半导体激光器的优点)

2022-08-26 10:08:03   编辑:凌荷欢
导读很多朋友对半导体激光器的具体应用,半导体激光器的优点还不了解,今天小绿就为大家解答一下。1962年激光(915)半导体激光器被成功激发,197

很多朋友对半导体激光器的具体应用,半导体激光器的优点还不了解,今天小绿就为大家解答一下。

1962年激光(915)半导体激光器被成功激发,1970年实现室温连续输出。后来经过改进,研制出双异质结激光器和条形激光二极管,广泛应用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描仪和激光笔(激光笔)。它们是目前产量最高的激光器。

早期半导体激光器的激光性能受温度影响较大,光束的发散角也较大(一般在几度到20度之间),因此在方向性、单色性和相干性方面的性能都不理想。然而,随着科学技术的飞速发展,半导体激光器的性能已经达到了很高的水平,光束质量也有了很大的提高。因此,世界上大多数品牌的激光粒度仪都采用半导体激光器作为光源。用半导体激光器作为激光粒度仪的光源时,控制电路中应采取恒流和恒温措施,以保证输出功率的稳定。

半导体激光器的优点和缺点半导体激光器的优点:

它体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、功耗低。另外,半导体激光器采用低压恒流供电方式,掉电率低,使用安全,维护成本低。因此,应用领域不断扩大。目前半导体激光器的使用量居所有激光器之首,一些重要应用领域常用的其他激光器也逐渐被半导体激光器取代。其应用领域包括光存储、激光打印、激光照排、激光测距、条形码扫描、工业检测、测试测量仪器、激光显示、医疗仪器、军事、安防、野外探测、建筑调平及标记仪器、激光水平仪及各种标记定位等。

半导体激光器的缺点:

激光器性能受温度影响较大,光束发散角较大(一般在几度到20度之间),因此方向性、单色性和相干性较差。但是随着科学技术的飞速发展,目前半导体激光器的性能已经达到了很高的水平,光束质量也有了很大的提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术将取得更大的进步,在21世纪的信息社会中发挥更大的作用。

半导体激光器的驱动方式半导体激光器的激励方式通常采用电流注入的形式。当注入电流大于阈值电流Ith时,辐射功率随着电流的增加而迅速增加。因此,可以通过改变注入电流来调节半导体激光器的输出光功率。自动控制方法通常用于控制半导体激光器,包括恒流控制(ACC)、恒功率控制(APC)和恒压控制(AVC)。

在APC工作模式下,一小部分激光功率被光电探测器(PD)接收并转换成监控电流。监测电流被测量并转换成电流/电压后,通过APC反馈网络与设定值进行比较,从而形成闭环负反馈控制。当激光器输出功率受温度等因素影响发生变化时,负反馈可以控制光功率保持稳定。

AVC是一种简单的和特定情况下的游泳模式。当要求LD的驱动电压恒定时,可以采用这种方式。

在ACC工作模式下,电流采样反馈为电流驱动单元提供主动控制,最小化电流漂移,最大化LD输出的稳定性,配合温控使用效果更好。

现在半导体激光设备常用的恒流源,主要是应用场效应晶体管的导电特性和晶体管的对称连接和镜像恒流原理来实现的。要得到稳定的输出,注入电流必须稳定,这就需要恒流源。

导体激光器的工作原理根据固体的能带理论,半导体材料中电子的能级形成能带。高能是导带,低能是价带,两个带被禁带隔开。当非平衡电子-空穴对引入半导体时,释放的能量以发光的形式辐射出去,这就是载流子的复合发光。

一般来说,有两种半导体材料,直接带隙材料和间接带隙材料。其中,直接带隙半导体材料如GaAs(砷化镓)比间接带隙半导体材料如硅具有高得多的辐射跃迁几率和更高的发光效率。

半导体化合物发光实现受激发射(即激光产生)的必要条件是:

当从P型侧和N型侧注入有源区的载流子密度很高时,占据导带电子态的电子数超过占据价带电子态的电子数,从而形成粒子数反转分布。

光的谐振腔在半导体激光器中。谐振腔由两端的反射镜组成,称为法布里-珀罗腔。

高增益用于补偿光损耗。谐振腔的光损耗主要是反射面发射的损耗和介质的光吸收。

半导体激光器通过注入载流子工作,激光发射有三个基本条件:

(1)需要产生足够的粒子数逆分布,即高能态的粒子数大于低能态的粒子数;

(2)合适的谐振腔可以起到反馈作用,使受激辐射光子增殖,从而产生激光振荡;

(3)需要满足一定的阈值条件,使得光子增益等于或大于光子损耗。

半导体激光器的工作原理是激发模式,利用半导体物质(即电子)在能带间跃迁发光,利用半导体晶体的解理面形成两个平行的反射镜作为反射镜形成谐振腔,使光振荡反馈,产生光辐射放大,输出激光。

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