半導(dǎo)體激光器的發(fā)展及其應(yīng)用

一、概述

半導(dǎo)體激光器，作為現(xiàn)代光電子技術(shù)的核心組件之一，自其誕生

以來，在科技和工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。半導(dǎo)體激光器

的研究起始于20世紀(jì)60年代，隨著材料科學(xué)、工藝技術(shù)和光學(xué)理論

的不斷進(jìn)步，其性能得到了顯著提升，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展。從最初

的低功率、短壽命的實(shí)驗(yàn)室樣品，發(fā)展到如今的高功率、高效率、長(zhǎng)

壽命的商業(yè)化產(chǎn)品，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程充分展示了人類科技創(chuàng)

新的力量。

半導(dǎo)體激光器的核心在于其活性介質(zhì)一一半導(dǎo)體材料。通過特定

的物理過程，如電子與空穴的復(fù)合，半導(dǎo)體材料能夠產(chǎn)生相干光輻射,

即激光。與傳統(tǒng)的氣體激光器和固體激光器相比，半導(dǎo)體激光器具有

體積小、重量輕、功耗低、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此

在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

在通信領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器是實(shí)現(xiàn)光纖通信的關(guān)鍵器件，用于產(chǎn)

生和調(diào)制光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、高速率的信息傳輸。在工業(yè)領(lǐng)域，半

導(dǎo)體激光器被廣泛應(yīng)用于材料加工、測(cè)量與傳感、打印與標(biāo)記等領(lǐng)域,

為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。在醫(yī)療、軍事、科研

等領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器也發(fā)揮著不可替代的作用。

隨著科技的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體激光器將繼續(xù)向著更高功率、更短

波長(zhǎng)、更高效率的方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步拓寬。未來，半

導(dǎo)體激光器有望在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性的應(yīng)用，為人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)

步做出更大的貢獻(xiàn)。

1.半導(dǎo)體激光器的定義與特點(diǎn)

半導(dǎo)體激光器，又被稱為注入式激光二極管(LaserDiode),

是一種能將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的器件。其工作原理基于半導(dǎo)體材料

的能帶結(jié)構(gòu)和電子在能帶間的躍遷。當(dāng)外加電流或電壓足夠大，使電

子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶留下空穴，這些電子和空穴在半導(dǎo)體

內(nèi)部形成非平衡載流子。當(dāng)這些非平衡載流子在半導(dǎo)體內(nèi)部復(fù)合時(shí)，

會(huì)釋放出能量，這種能量以光子的形式輻射出來，從而形成激光。

半導(dǎo)體激光器的主要特點(diǎn)包括：其結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，

易于集成到各種設(shè)備中半導(dǎo)體激光器的工作電壓和電流較低，功耗小,

驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單再次，其響應(yīng)速度快，調(diào)制頻率高，適用于高速光通信和光

信號(hào)處理半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)覆蓋范圍寬，可以從紅外波段延伸到近

紫外波段，因此在光譜分析、光存儲(chǔ)、光顯示等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

半導(dǎo)體激光器也存在一些缺點(diǎn)，如光束質(zhì)量一般，相干性較差，

光譜線寬較寬等，這些限制了其在一些需要高質(zhì)量光束的應(yīng)用中的使

用。盡管如此，隨著半導(dǎo)體材料和工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體激光

器的性能也在不斷提升，其在許多領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)展。

2.半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程概述

半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程是一部科技進(jìn)步的壯麗史詩(shī)，它的起源

可追溯至20世紀(jì)50年代對(duì)半導(dǎo)體物理的初步探索。隨著量子阱理論

的建立，半導(dǎo)體激光器的理論基礎(chǔ)在20世紀(jì)60年代初得以確立。在

這一時(shí)期，美國(guó)的理查德斯普雷爾在1962年發(fā)明了第一臺(tái)使用錯(cuò)半

導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體激光器，標(biāo)志著半導(dǎo)體激光器技術(shù)的誕生。

在接下來的十年中，半導(dǎo)體激光器的研究取得了重大突破。1970

年，日本的三菱電機(jī)公司成功研制出使用化合物半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體

激光器，這一成就推動(dòng)了半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使其性能得到了

顯著提升。1977年，霍爾田賽爾特斯發(fā)明了量子阱激光器，進(jìn)一步

提高了半導(dǎo)體激光器的性能，為其在科技和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用打下了堅(jiān)

實(shí)基礎(chǔ)。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)入了新的階

段。1981年，日本的日立公司實(shí)現(xiàn)了在室溫下工作的金屬有機(jī)化合

物半導(dǎo)體激光器，這一技術(shù)突破為半導(dǎo)體激光器的商業(yè)化應(yīng)用奠定了

基礎(chǔ)。此后，半導(dǎo)體激光器在光通信、激光打印、激光制造等領(lǐng)域的

應(yīng)用逐漸擴(kuò)大，成為現(xiàn)代科技和工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要組成部分。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，21世紀(jì)的半導(dǎo)體激光器迎來了新

的發(fā)展階段。在這一時(shí)期，半導(dǎo)體激光器的效率和功率得到了顯著提

高。2006年，美國(guó)的托馬斯厄爾發(fā)明了多諧振腔激光器技術(shù)，將半

導(dǎo)體激光器的輸出功率提高到了幾千瓦級(jí)別，使得半導(dǎo)體激光器在激

光制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如激光焊接、激光切割等。

半導(dǎo)體激光器還在生物醫(yī)學(xué)、光通信等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在

生物醫(yī)學(xué)中，半導(dǎo)體激光器被用于光學(xué)成像、激光治療等。在光通信

中，半導(dǎo)體激光器被用于激光器發(fā)射端和接收端，實(shí)現(xiàn)光纖通信的高

速傳輸。

半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程是一部科技進(jìn)步的記錄。從最初的實(shí)驗(yàn)

室研究到商業(yè)化應(yīng)用，半導(dǎo)體激光器在科技和工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大

的作用V如今，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用領(lǐng)域仍在

不斷擴(kuò)大，其發(fā)展前景令人期待。

3.文章目的與結(jié)構(gòu)

本文旨在全面深入地探討半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程、技術(shù)特點(diǎn)、

以及其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。通過梳理半導(dǎo)體激光器的技術(shù)演進(jìn)，

分析其在不同應(yīng)用場(chǎng)景中的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，我們希望為讀者提供一個(gè)清

晰、系統(tǒng)的視角，以理解這一技術(shù)的本質(zhì)和潛力。

文章將按照邏輯順序組織，首先介紹半導(dǎo)體激光器的基本原理和

關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，為后續(xù)的分析和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。接著，我們將詳

細(xì)回顧半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程，包括其技術(shù)突破、市場(chǎng)應(yīng)用等重要

節(jié)點(diǎn)，以揭示其技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)發(fā)展的內(nèi)在邏輯。

隨后，文章將重點(diǎn)分析半導(dǎo)體激光器在通信、材料處理、醫(yī)療、

軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并探討其在這些領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。我們

將結(jié)合具體案例，展示半導(dǎo)體激光器在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)和技術(shù)

優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也將討論其在實(shí)際應(yīng)用中面臨的技術(shù)難題和市場(chǎng)挑戰(zhàn)。

文章將展望半導(dǎo)體激光器的未來發(fā)展趨勢(shì)，包括技術(shù)進(jìn)步、市場(chǎng)

應(yīng)用拓展等方面，以期為讀者提供一個(gè)關(guān)于半導(dǎo)體激光器未來發(fā)展的

宏觀視角。通過本文的閱讀，我們期望讀者能夠?qū)Π雽?dǎo)體激光器有一

個(gè)全面而深入的理解，并對(duì)其未來發(fā)展保持關(guān)注和期待。

二、半導(dǎo)體激光器的基本原理

半導(dǎo)體激光器，作為一種基于半導(dǎo)體的光放大器，其工作原理基

于電子躍遷和光放大效應(yīng)。其核心部分是一個(gè)PN結(jié)，這個(gè)結(jié)由p型

半導(dǎo)體區(qū)域和n型半導(dǎo)體區(qū)域組成。當(dāng)電流被注入到半導(dǎo)體材料中時(shí),

電子和空穴在PN結(jié)區(qū)域復(fù)合，釋放出能量。

在半導(dǎo)體激光器的能級(jí)結(jié)構(gòu)中，存在基態(tài)、激發(fā)態(tài)和連續(xù)態(tài)?；?/p>

態(tài)是電子的低能態(tài)，而激發(fā)態(tài)是高能態(tài)。當(dāng)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)

時(shí)，會(huì)吸收能量。而當(dāng)電子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時(shí)，會(huì)釋放出能量,

這個(gè)能量以光子的形式發(fā)出，形成激光光束。

這個(gè)過程中，光子的產(chǎn)生與電子和空穴的復(fù)合有關(guān)。當(dāng)電子和空

穴在PN結(jié)區(qū)域復(fù)合時(shí)，會(huì)釋放出能量。如果這個(gè)能量等于或超過閾

值（即足以激發(fā)電子躍遷到激發(fā)態(tài)的能量），那么就會(huì)產(chǎn)生激光輸出。

這個(gè)閾值電流是開始產(chǎn)生激光輸出的最小電流。

半導(dǎo)體激光器的顯著特點(diǎn)包括體積小、壽命長(zhǎng)、功耗低、光譜線

寬窄、調(diào)制帶寬大等。這些特點(diǎn)使得半導(dǎo)體激光器在過去的幾十年里

得到了飛速的發(fā)展，并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、醫(yī)療、軍事、工業(yè)等

領(lǐng)域。

半導(dǎo)體激光器的工作原理基于電子躍遷和光放大效應(yīng)，通過電流

的注入，使得電子和空穴在PN結(jié)區(qū)域復(fù)合，釋放出能量，形成激光

光束。這一原理的實(shí)現(xiàn)，使得半導(dǎo)體激光器成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)

生產(chǎn)中不可替代的重要組成部分。

1.半導(dǎo)體激光器的能帶結(jié)構(gòu)與載流子行為

半導(dǎo)體激光器的核心特性源于其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)以及載流子行

為。在深入探討其工作原理和應(yīng)用之前，我們需要對(duì)這兩個(gè)基本概念

有一個(gè)清晰的理解。

半導(dǎo)體材料通常具有晶體結(jié)構(gòu)，其中的大量原子以規(guī)則和緊密的

方式結(jié)合。在這種晶體結(jié)構(gòu)中，電子存在于所謂的能帶中，其中最低

的能帶被稱為價(jià)帶，而緊鄰價(jià)帶的高能帶被稱為導(dǎo)帶。這兩個(gè)能帶之

間的區(qū)域被稱為禁帶，代表了電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶所需的能量差。

當(dāng)外電場(chǎng)作用于半導(dǎo)體時(shí)，價(jià)帶中的電子可以獲得足夠的能量躍

遷到導(dǎo)帶，從而在導(dǎo)帶中自由運(yùn)動(dòng)并起到導(dǎo)電作用。同時(shí)，由于價(jià)帶

中失去了一個(gè)電子，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)帶正電的空穴，這個(gè)空穴也可以在外

電場(chǎng)的作用下移動(dòng)并起到導(dǎo)電作用。價(jià)帶中的空穴和導(dǎo)帶中的電子都

被統(tǒng)稱為載流子。

在實(shí)際的半導(dǎo)體激光器中，我們使用的并不是純凈的半導(dǎo)體，而

是在其中摻入了雜質(zhì)原子。這種摻雜會(huì)在導(dǎo)帶下方和價(jià)帶上方形成新

的能級(jí)，稱為施主能級(jí)和受主能級(jí)，從而使半導(dǎo)體成為n型或p型半

導(dǎo)體。n型半導(dǎo)體主要由導(dǎo)帶中的電子導(dǎo)電，而p型半導(dǎo)體則主要由

價(jià)帶中的空穴導(dǎo)電。

在半導(dǎo)體激光器中，n型和p型半導(dǎo)體被巧妙地結(jié)合在一起，形

成了所謂的pn結(jié)。在pn結(jié)的交界面處，由于電子和空穴的擴(kuò)散作用，

會(huì)形成一個(gè)空間電荷區(qū)，并在該區(qū)域形成一個(gè)由n區(qū)指向p區(qū)的自建

電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)會(huì)阻止電子和空穴的進(jìn)一步擴(kuò)散，從而在pn結(jié)附近

形成一個(gè)特殊的區(qū)域，稱為耗盡層。

當(dāng)我們?cè)趐n結(jié)上施加正向偏壓（即p區(qū)接正極，n區(qū)接負(fù)極）

時(shí)，耗盡層會(huì)變窄，電子和空穴的擴(kuò)散作用會(huì)增強(qiáng)。此時(shí)，如果我們

進(jìn)一步增加電流，使得電子和空穴的注入超過了一定的閾值，那么電

子和空穴就會(huì)在耗盡層中復(fù)合，釋放出能量。這些能量以光的形式輻

射出來，就形成了激光。

半導(dǎo)體激光器的能帶結(jié)構(gòu)和載流子行為是其工作的基礎(chǔ)。通過巧

妙地控制摻雜、結(jié)構(gòu)和外加電場(chǎng)，我們可以實(shí)現(xiàn)電子和空穴的有效注

入、復(fù)合和激光的產(chǎn)生。這也是半導(dǎo)體激光器具有體積小、功耗低、

壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的原因所在。

2.激光產(chǎn)生的物理?xiàng)l件與機(jī)制

激光的產(chǎn)生依賴于一系列復(fù)雜的物理?xiàng)l件與機(jī)制。這些條件不僅

涵蓋了激光材料的選擇，還包括了激發(fā)機(jī)制、光學(xué)諧振腔的設(shè)計(jì)以及

物質(zhì)內(nèi)部的能級(jí)結(jié)構(gòu)等因素。

激光材料的選擇至關(guān)重要。半導(dǎo)體激光器通常采用硅化錢、硫化

鎘等材料作為工作物質(zhì)。這些材料具有特定的能級(jí)結(jié)構(gòu)，使得在外部

能量的激發(fā)下，電子能夠從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，隨后在躍遷回低能

級(jí)時(shí)釋放出光子。

激發(fā)機(jī)制是激光產(chǎn)生的關(guān)鍵。對(duì)于半導(dǎo)體激光器而言，常見的激

發(fā)方式包括電注入、電子束激勵(lì)和光抽運(yùn)等。以電注入式半導(dǎo)體激光

器為例，當(dāng)對(duì)激光器注入足夠大的電流后，半導(dǎo)體材料中的電子與空

穴會(huì)自發(fā)復(fù)合，并將多余的能量以光子的形式釋放。

光學(xué)諧振腔的設(shè)計(jì)也是激光產(chǎn)生不可或缺的環(huán)節(jié)。諧振腔由反射

鏡構(gòu)成，形成一個(gè)封閉的光學(xué)環(huán)境。當(dāng)光子在諧振腔內(nèi)反射時(shí)，它們

會(huì)在物質(zhì)內(nèi)部多次通過，與物質(zhì)相互作用并放大。這種放大過程使得

相干光得以形成，并最終從諧振腔中輸出。

物質(zhì)內(nèi)部的能級(jí)結(jié)構(gòu)也是激光產(chǎn)生的基礎(chǔ)。在半導(dǎo)體材料中，能

級(jí)之間的能量差適中，使得電子能夠在吸收和輻射光子時(shí)發(fā)生躍遷。

這種躍遷過程為激光的產(chǎn)生提供了必要的條件。

激光的產(chǎn)生需要滿足一系列物理?xiàng)l件與機(jī)制，包括激光材料的選

擇、激發(fā)機(jī)制、光學(xué)諧振腔的設(shè)計(jì)以及物質(zhì)內(nèi)部的能級(jí)結(jié)構(gòu)等。這些

條件的滿足使得激光得以在特定條件下產(chǎn)生，并具備單色性好、方向

性強(qiáng)、亮度高等特性，從而在各種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

3.半導(dǎo)體激光器的類型與工作原理

半導(dǎo)體激光器，又稱為二極管激光器，是依賴于半導(dǎo)體材料的電

子空穴復(fù)合過程產(chǎn)生激光的器件。它們的主要類型包括同質(zhì)結(jié)型、單

異質(zhì)結(jié)型、雙異質(zhì)結(jié)型以及量子阱型等。這些類型的激光器在結(jié)構(gòu)和

性能上各有特點(diǎn)，但共同的核心是半導(dǎo)體材料中的PN結(jié)。

半導(dǎo)體激光器的工作原理基于半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和載流子（電子

和空穴）的輸運(yùn)性質(zhì)。在PN結(jié)中，當(dāng)注入電流時(shí)，電子從N區(qū)注入

P區(qū)，空穴從P區(qū)注入N區(qū)。注入的電子和空穴在PN結(jié)附近復(fù)合,

釋放能量。當(dāng)注入電流足夠大，使得復(fù)合釋放的能量主要以光的形式

發(fā)出，且光的頻率在半導(dǎo)體材料的禁帶寬度范圍內(nèi)時(shí).，就產(chǎn)生了激光。

不同類型的半導(dǎo)體激光器在工作原理上略有差異，但它們都依賴

于電子和空穴的復(fù)合過程來產(chǎn)生激光。例如，同質(zhì)結(jié)型激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

單，但效率較低單異質(zhì)結(jié)型和雙異質(zhì)結(jié)型激光器通過引入不同禁帶寬

度的材料來提高效率而量子阱型激光器則利用量子阱結(jié)構(gòu)中的量子

效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了更高的效率和更窄的光譜線寬。

半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)覆蓋范圍廣泛，從紅外到可見光，甚至到紫

外波段。這使得半導(dǎo)體激光器在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括通信、

光譜分析、激光雷達(dá)、打印、醫(yī)療等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，半導(dǎo)體激光

器的性能也在不斷提高，預(yù)計(jì)未來會(huì)有更多的新應(yīng)用出現(xiàn)。

三、半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程

半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程是一部科技不斷突破與創(chuàng)新的史詩(shī)。自

20世紀(jì)60年代初的初步探索，到21世紀(jì)的廣泛應(yīng)用，其技術(shù)不斷

革新，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。

20世紀(jì)60年代初，量子阱理論的提出為半導(dǎo)體激光器的發(fā)展奠

定了理論基礎(chǔ)。1962年，美國(guó)的理查德斯普雷爾發(fā)明了第一臺(tái)使用

錯(cuò)半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體激光器，標(biāo)志著半導(dǎo)體激光器技術(shù)的誕生。這

一時(shí)期的研究主要集中在氮化錮(InGaN)等材料的探索上。

隨著研究的深入，20世紀(jì)70年代，半導(dǎo)體激光器迎來了重大的

技術(shù)突破。碎化錢(GaAs)和磷化鋼(InP)等新材料的應(yīng)用，使得

半導(dǎo)體激光器的性能得到了顯著提升。特別是1970年，日本的三菱

電機(jī)公司成功研制出了第一臺(tái)使用化合物半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體激光

器，進(jìn)一步推動(dòng)了半導(dǎo)體激光器技術(shù)的發(fā)展。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代，半導(dǎo)體激光器的研究與應(yīng)用進(jìn)入了新的階

段。1981年，日本的日立公司實(shí)現(xiàn)了在室溫下工作的金屬有機(jī)化合

物半導(dǎo)體激光器，為半導(dǎo)體激光器的商業(yè)化應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

此階段，氮化錢和錯(cuò)(Ge)等新材料的研究成果，進(jìn)一步提升了半導(dǎo)

體激光器的性能。

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體激光器的效

率和功率得到了顯著提高°2006年，美國(guó)的托馬斯厄爾發(fā)明了多諧

振腔激光器技術(shù)，將半導(dǎo)體激光器的輸出功率提高到了幾千瓦級(jí)別，

使得半導(dǎo)體激光器在激光制造、生物醫(yī)學(xué)、光通信等領(lǐng)域得到了廣泛

應(yīng)用。

總的來看，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程是一部科技不斷突破與創(chuàng)新

的歷史。從最初的實(shí)驗(yàn)室研究到商業(yè)化應(yīng)用，半導(dǎo)體激光器在科技和

工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體

激光器的性能將不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步擴(kuò)大，為人類社會(huì)的

發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

1.早期研究與發(fā)展階段

半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷史可以追溯到20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)科學(xué)

家們就開始設(shè)想利用半導(dǎo)體材料制作激光器。早期的嘗試并未取得顯

著的進(jìn)展。真正的突破出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代初，當(dāng)時(shí)美國(guó)麻省理工

學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）在固體器件研

究國(guó)際會(huì)議上首次報(bào)告了碑化錢（GaAs）材料的光發(fā)射現(xiàn)象，為半導(dǎo)

體激光器的研制奠定了基礎(chǔ)。

早期階段的半導(dǎo)體激光器主要是同質(zhì)結(jié)型激光器，這種激光器只

能以脈沖形式工作，而且效率較低。隨著研究的深入，人們開始探索

異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器，這種激光器由兩種不同帶隙的半導(dǎo)體材料薄

層組成，如GaAs和GaAlAs。這種結(jié)構(gòu)有效地提高了激光器的效率和

輸出功率。1970年，人們成功研制出了雙異質(zhì)結(jié)GaAsGaAlAs激光器,

該激光器在室溫下可以連續(xù)工作，且激光波長(zhǎng)為9000,這一成果標(biāo)

志著半導(dǎo)體激光器的發(fā)展進(jìn)入了新的階段。

在這一階段，科學(xué)家們不僅關(guān)注激光器的性能提升，還開始探索

其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，半導(dǎo)體激光器在光纖通訊、激光測(cè)距、

精密儀器加工等領(lǐng)域都展現(xiàn)出了巨大的潛力。雖然早期的半導(dǎo)體激光

器體積較大、效率較低，但其獨(dú)特的光學(xué)特性使得它在這些領(lǐng)域仍然

具有廣泛的應(yīng)用前景。

隨著科技的進(jìn)步，半導(dǎo)體激光器的研究和發(fā)展逐漸進(jìn)入了新的階

段。從20世紀(jì)70年代末開始，半導(dǎo)體激光器明顯向著兩個(gè)方向發(fā)展:

一類是以傳遞信息為目的的信息型激光器另一類是以提高光功率為

目的的功率型激光器。在這一階段，科學(xué)家們不斷突破關(guān)鍵技術(shù)難題,

推動(dòng)半導(dǎo)體激光器的性能不斷提升，為其在各領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更廣

闊的空間。

半導(dǎo)體激光器的早期研究與發(fā)展階段雖然充滿挑戰(zhàn)，但正是這些

挑戰(zhàn)推動(dòng)了其技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。隨著科技的不斷發(fā)

展，我們有理由相信半導(dǎo)體激光器將在未來發(fā)揮更加重要的作用。

2.技術(shù)突破與性能提升

半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程中，技術(shù)的突破和性能的提升一直是其

持續(xù)進(jìn)步的關(guān)鍵。自從20世紀(jì)60年代初期的初步研究開始，半導(dǎo)體

激光器就已經(jīng)展現(xiàn)出其獨(dú)特的光電特性。其真正的大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展

則是在隨后的幾十年中，通過不斷的科研努力和技術(shù)革新，才得以實(shí)

現(xiàn)。

在材料科學(xué)方面，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展受益于新型半導(dǎo)體材料的

發(fā)現(xiàn)和研究。氮化錮（InGaN）、碑化鉉（GaAs）和磷化錮（InP）等材料的

廣泛應(yīng)用，為半導(dǎo)體激光器提供了性能優(yōu)良的基礎(chǔ)。尤其是氮化錢和

銘(Ge)等新材料的出現(xiàn)，使得半導(dǎo)體激光器的性能得到了顯著的提升。

在器件結(jié)構(gòu)方面，量子阱(QuantumWell)結(jié)構(gòu)的引入是半導(dǎo)體激

光器技術(shù)的一次重大突破。量子阱結(jié)構(gòu)能夠有效地減小閾值電流，增

加發(fā)光效率，為實(shí)現(xiàn)單模操作和高功率輸出提供了可能。多量子阱

(MultipleQuantumWell)和垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)等新型結(jié)構(gòu)

的出現(xiàn)，也為半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用提供了更廣闊的空間。

在工藝技術(shù)方面，半導(dǎo)體激光器的制造也取得了重要的進(jìn)步。隨

著微電子和光電子技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體激光器的制造工藝越來越

成熟，器件的可靠性和穩(wěn)定性也得到了顯著的提升。這為半導(dǎo)體激光

器在各種應(yīng)用場(chǎng)景中的大規(guī)模應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在性能提升方面，半導(dǎo)體激光器的電光轉(zhuǎn)換效率、輸出功率、波

長(zhǎng)可調(diào)諧范圍等關(guān)鍵指標(biāo)都得到了顯著的光升。其電光轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)

接近理論極限，輸出功率也從最初的幾毫瓦提升到了數(shù)十瓦甚至更高。

同時(shí)，隨著新型材料和新型器件結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)可

調(diào)諧范圍也得到了極大的擴(kuò)展，從最初的幾個(gè)納米擴(kuò)展到了數(shù)百納米。

半導(dǎo)體激光器在技術(shù)突破和性能提升方面取得了顯著的成就。這

些成就不僅為半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用提供了更廣闊的空間，也為激光科

學(xué)和技術(shù)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。未來，隨著科技的不斷發(fā)展，我

們有理由相信，半導(dǎo)體激光器將會(huì)在更多的領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的魅力

和應(yīng)用價(jià)值。

3.近年來的發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)

近年來，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢(shì)，不僅技術(shù)

不斷創(chuàng)新，應(yīng)用領(lǐng)域也在持續(xù)拓寬。伴隨著這種快速的發(fā)展，該行業(yè)

也面臨著一些挑戰(zhàn)。

在技術(shù)創(chuàng)新方面，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展步伐不斷加快。隨著半導(dǎo)

體材料、微納加工技術(shù)和光學(xué)設(shè)計(jì)的不斷突破，半導(dǎo)體激光器的性能

得到了顯著提升。新型半導(dǎo)體材料的研發(fā)、量子效應(yīng)的應(yīng)用以及集成

光學(xué)器件的實(shí)現(xiàn)，使得激光器的功率、波長(zhǎng)、效率和穩(wěn)定性都得到了

極大的提升。人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新興技術(shù)的發(fā)展，也為半

導(dǎo)體激光器技術(shù)提供了更多的創(chuàng)新空間。

在應(yīng)用拓展方面，半導(dǎo)體激光器作為一種高效、精密、可調(diào)控的

光源，在醫(yī)療、通信、工業(yè)制造等領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。特別是

在5G通信、自動(dòng)駕駛、智能制造等新興領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用

需求持續(xù)增長(zhǎng)。其高速、高精度、高穩(wěn)定性的特性，使得在這些領(lǐng)域

中發(fā)揮著不可替代的作用。

半導(dǎo)體激光器行業(yè)也面臨著一些挑戰(zhàn)。一方面，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激

烈，各大廠商都在努力提升自己的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力，以獲取更大

的市場(chǎng)份額。另一方面，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，消費(fèi)者對(duì)半導(dǎo)體激光

器的性能要求也越來越高，這給行業(yè)帶來了更大的壓力。

半導(dǎo)體激光器的發(fā)展還受到一些技術(shù)瓶頸的制約。例如，在提高

激光器的功率和效率的同時(shí)，如何保持其穩(wěn)定性和可靠性，是當(dāng)前行

業(yè)面臨的一個(gè)重要問題。同時(shí)，如何進(jìn)一步降低成本，提高生產(chǎn)效率,

也是行業(yè)需要解決的一個(gè)重要課題。

雖然半導(dǎo)體激光器面臨著一些挑戰(zhàn)，但隨著科技的不斷進(jìn)步和市

場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，該行'也仍然具有廣闊的發(fā)展前景。未來，隨著新材料、

新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，半導(dǎo)體激光器有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，為社會(huì)

進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。

四、半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用領(lǐng)域

半導(dǎo)體激光器作為一種高效、緊湊且易于調(diào)制的光源，自其誕生

以來就在眾多領(lǐng)域找到了廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，其應(yīng)用

領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展和深化。

通信領(lǐng)域：在光纖通信中，半導(dǎo)體激光器作為光源，是實(shí)現(xiàn)信息

高速、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)年P(guān)鍵。其波長(zhǎng)穩(wěn)定、調(diào)制速率高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)

使得它在光纖通信中扮演著不可替代的角色。半導(dǎo)體激光器還廣泛應(yīng)

用于無線光通信、激光雷達(dá)等領(lǐng)域。

工業(yè)加工：在工業(yè)加工領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用也日益廣泛。

例如I,在切割、焊接、打孔等工藝中，半導(dǎo)體激光器以其高精度、高

效率、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，逐漸取代了傳統(tǒng)的加工方式。同時(shí)，半導(dǎo)體激

光器還廣泛應(yīng)用于表面處理、材料改性等領(lǐng)域。

醫(yī)療領(lǐng)域：在醫(yī)療領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如波長(zhǎng)

可調(diào)、能量集中、操作簡(jiǎn)便等，被廣泛應(yīng)用于激光手術(shù)、激光治療、

激光診斷等方面。例如，在眼科手術(shù)中，半導(dǎo)體激光器可以用于矯正

視力、治療眼部疾病等。

軍事領(lǐng)域：在軍事領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器同樣發(fā)揮著重要作用。例

如，在制導(dǎo)武器、夜視儀、測(cè)距儀等設(shè)備中，半導(dǎo)體激光器都扮演著

關(guān)鍵角色。隨著技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體激光器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用還將不

斷拓展。

科研領(lǐng)域：在科研領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器以其高亮度、高穩(wěn)定性、

高單色性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于光譜分析，量子光學(xué)、非線性光學(xué)等

領(lǐng)域。同時(shí).，半導(dǎo)體激光器還為許多前沿研究提供了強(qiáng)大的光源支持。

半導(dǎo)體激光器在眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)

步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，我們有理由相信，半導(dǎo)體激光器將在未來

發(fā)揮更加重要的作用。

1.通信領(lǐng)域

半導(dǎo)體激光器在通信領(lǐng)域的應(yīng)用，可謂是里程碑式的。其獨(dú)特的

特性，如波長(zhǎng)和功率的可調(diào)性，使得它成為光纖通信系統(tǒng)的理想光源。

自20世紀(jì)70年代起，半導(dǎo)體激光器便開始在光纖通信系統(tǒng)中占據(jù)重

要地位，其發(fā)展歷程與光纖通信技術(shù)的演進(jìn)緊密相連。

在光纖通信中，半導(dǎo)體激光器的主要職責(zé)是作為光源，為光信號(hào)

的傳輸提供穩(wěn)定、高效的光能。其波長(zhǎng)的可調(diào)諧性使得光信號(hào)能夠在

不同的光纖中傳輸，而功率的可調(diào)性則確保了光信號(hào)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

同時(shí)，半導(dǎo)體激光器還可以與光纖技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高速、大容量的

數(shù)據(jù)傳輸和通信。

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用也在逐漸擴(kuò)展。

從最初的短波長(zhǎng)激光器，到現(xiàn)在的長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器，其光纖耦合效率不

斷提高，損耗不斷減小，為光纖通信的穩(wěn)定性和速度提供了堅(jiān)實(shí)的技

術(shù)支持。半導(dǎo)體激光器還可以通過外部調(diào)制實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，使其

在高速光通信中得到廣泛應(yīng)用V

除了作為光源，半導(dǎo)體激光器還可以組成光電子系統(tǒng)，用于光通

信、光變換、光互連、光信息處理和光存儲(chǔ)等領(lǐng)域。例如，它可以作

為光放大器的泵浦光源，提高光信號(hào)的強(qiáng)度和傳輸距離。同時(shí)，在光

集成的信息存儲(chǔ)應(yīng)用中，半導(dǎo)體激光器也被廣泛采用，用于讀取光盤

的內(nèi)容，提高光盤的存儲(chǔ)密度。

半導(dǎo)體激光器在通信領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)深入到光纖通信的各個(gè)方

面，其高效、緊湊、可調(diào)諧的特點(diǎn)使得它成為光通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、

最為重要的激光光源。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有理由相信，半導(dǎo)

體激光器將在未來的通信領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

2.工業(yè)領(lǐng)域

在工業(yè)領(lǐng)域中，半導(dǎo)體激光器發(fā)揮了不可或缺的作用。其獨(dú)特的

性能和優(yōu)點(diǎn)，如體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)等，使得半導(dǎo)體激光器在工

業(yè)加工中占據(jù)了重要地位。從切割、焊接到打標(biāo)等各個(gè)工藝環(huán)節(jié)，半

導(dǎo)體激光器都展現(xiàn)出了卓越的性能和穩(wěn)定性。

在切割工藝中，半導(dǎo)體激光器以其高精度和快速的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)

用于金屬、塑料、玻璃等多種材料的切割。與傳統(tǒng)的機(jī)械切割相比，

激光切割具有更高的效率和更好的切割質(zhì)量，可以大大提高生產(chǎn)效率

和產(chǎn)品質(zhì)量。

在焊接工藝中，半導(dǎo)體激光器以其高能量密度的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)

對(duì)微小零件的精確焊接。同時(shí)，半導(dǎo)體激光器的焊接速度快、熱影響

區(qū)小，可以減少材料的變形和損傷，提高焊接質(zhì)量。

在打標(biāo)工藝中，半導(dǎo)體激光器也發(fā)揮著重要作用。通過調(diào)整激光

器的參數(shù)和控制激光束的形狀，可以在各種材料表面實(shí)現(xiàn)高精度的打

標(biāo)和刻劃，為產(chǎn)品的追溯和防偽提供了有效手段。

除了上述工藝環(huán)節(jié)外，半導(dǎo)體激光器還在工業(yè)制造的其他領(lǐng)域中

得到了廣泛應(yīng)用。例如，在材料處理中，高功率的半導(dǎo)體激光器可以

作為直接的能量來源，對(duì)材料進(jìn)行表面處理、打孔、切割等操作C同

時(shí)，半導(dǎo)體激光器還可以與其他設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的

生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。

在工業(yè)領(lǐng)域中，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用已經(jīng)深入到各個(gè)工藝環(huán)節(jié)和

領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步，半導(dǎo)體激光器在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

前景將更加廣闊。

3.醫(yī)療領(lǐng)域

半導(dǎo)體激光器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用是其多元化用途的突出體現(xiàn)。這

種激光器的獨(dú)特性質(zhì)，如波長(zhǎng)短、功率高和發(fā)射穩(wěn)定等，使其在醫(yī)療

科技中發(fā)揮著日益重要的作用。半導(dǎo)體激光技術(shù)為醫(yī)療領(lǐng)域帶來了革

命性的改變，為許多疾病的治療提供了全新的解決方案。

在皮膚科，半導(dǎo)體激光器被廣泛用于治療各種皮膚疾病。例如，

激光治療座瘡是一種非常有效的方法，其原理是利用激光器對(duì)皮膚進(jìn)

行照射，殺滅皮膚中的座瘡病菌，并通過激光的作用促進(jìn)皮膚細(xì)胞的

更新和修復(fù)。半導(dǎo)體激光器還能有效治療疣和毛囊炎，通過激光的高

能量將疣和毛囊炎燃燒消滅，達(dá)到治療的效果。

在口腔科，半導(dǎo)體激光治療也被廣泛應(yīng)用。它能有效治療口腔潰

瘍、踽齒、牙齦炎等口腔疾病。其原理是利用激光的高能量對(duì)病變部

位進(jìn)行照射，刺激細(xì)胞自我修復(fù)，或直接將病變組織切除，達(dá)到治療

效果。

眼科是半導(dǎo)體激光治療的另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。激光治療白內(nèi)障、

近視和青光眼等眼科疾病，已成為現(xiàn)代眼科醫(yī)學(xué)的重要治療手段。例

如，激光治療白內(nèi)障的原理是利用激光器對(duì)眼睛進(jìn)行照射，切割和碎

裂白內(nèi)障晶體，并通過激光的作用促進(jìn)眼部細(xì)胞的更新和修復(fù)。對(duì)于

近視和青光眼的治療，半導(dǎo)體激光器也能通過調(diào)節(jié)激光能量，對(duì)近視

度數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，或降低眼壓，達(dá)到治療效果。

半導(dǎo)體激光器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)深入到了各個(gè)專科，以其獨(dú)

特的優(yōu)勢(shì)為醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。隨著科技的進(jìn)步和醫(yī)學(xué)

的發(fā)展，半導(dǎo)體激光器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛，為更多的患

者帶來福音。

4.軍事領(lǐng)域

在軍事領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器憑借其獨(dú)特的技術(shù)特性和廣泛的應(yīng)用

價(jià)值，已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。

半導(dǎo)體激光器在軍事領(lǐng)域的一個(gè)重要應(yīng)用是作為高能激光武器

的泵源。高能激光武器以其速度快、精度高、無污染等優(yōu)點(diǎn)，被視為

未來戰(zhàn)爭(zhēng)的重要武器。半導(dǎo)體激光器以其高功率、高效率的特性，成

為高能激光武器的理想泵源。通過大功率半導(dǎo)體激光器的合束直接應(yīng)

用，可以實(shí)現(xiàn)高能激光武器的連續(xù)、穩(wěn)定、高效的激光輸出，為現(xiàn)代

戰(zhàn)爭(zhēng)提供了新的作戰(zhàn)手段。

半導(dǎo)體激光器在激光制導(dǎo)領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。激光制導(dǎo)技術(shù)

可以使導(dǎo)彈在激光射束中飛行直至摧毀目標(biāo)，具有高精度、高速度和

高效率的優(yōu)點(diǎn)。半導(dǎo)體激光制導(dǎo)多用于地空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈、地地導(dǎo)

彈等，為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的精確打擊提供了有力保障。

半導(dǎo)體激光器在激光測(cè)距和激光雷達(dá)等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。激光

測(cè)距技術(shù)以其隱蔽性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于反坦克武器以

及航空、航天等領(lǐng)域。激光雷達(dá)則可用于監(jiān)測(cè)目標(biāo)，對(duì)來襲目標(biāo)精確

定位以及對(duì)直升飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈的地形跟蹤等，為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的態(tài)勢(shì)感

知和決策提供了重要支持。

半導(dǎo)體激光器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，如何

進(jìn)一步提高激光器的功率和效率，以滿足高能激光武器和激光制導(dǎo)等

應(yīng)用的需求如何提高激光器的穩(wěn)定性和可靠性，以確保在惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)

環(huán)境下能夠正常工作如何降低激光器的成本，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和

應(yīng)用等。

半導(dǎo)體激光器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，但也面臨著一些挑戰(zhàn)。

未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，半導(dǎo)體激光器在軍事領(lǐng)域

的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛和深入。

5.其他領(lǐng)域

在醫(yī)療領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器以其高度的單色性和方向性，被廣泛

應(yīng)用于激光治療、光譜分析和光動(dòng)力治療等方面。例如，利用半導(dǎo)體

激光器的特定波長(zhǎng)，醫(yī)生可以對(duì)皮膚問題進(jìn)行精確治療，如去除紋身、

消除血管瘤等。同時(shí)，在生物檢測(cè)方面，半導(dǎo)體激光器能夠提供高精

度的光譜信息，幫助科學(xué)家深入研究生物組織的結(jié)構(gòu)和功能。

在通信領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器以其高效率和穩(wěn)定性，成為了光通信

系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件。它們被廣泛應(yīng)用于光纖通信、衛(wèi)星通信和無線通

信等領(lǐng)域，為現(xiàn)代社會(huì)的信息傳輸提供了強(qiáng)有力的支持。隨著量子通

信技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體激光器在量子密鑰分發(fā)、量子計(jì)算等領(lǐng)域也展

現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。

在軍事領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器以其高功率和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，被廣

泛應(yīng)用于激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)和激光武器等領(lǐng)域。例加，激光雷達(dá)能

夠利用半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的光束探測(cè)目標(biāo)的距離、速度和方位等信息,

為軍事行動(dòng)提供精確的數(shù)據(jù)支持。

在材料加工、環(huán)境監(jiān)測(cè)、光譜分析、光學(xué)儀器等領(lǐng)域，半導(dǎo)體激

光器也發(fā)揮著不可或缺的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體激

光器的應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷擴(kuò)大，其在未來社會(huì)的發(fā)展中將扮演更加重

要的角色。

五、半導(dǎo)體激光器的市場(chǎng)前景與展望

隨著科技的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體激光器作為一種重要的光源器件,

其市場(chǎng)前景廣闊，應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。

從市場(chǎng)角度看，隨著全球光電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體激光器

的需求呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、醫(yī)療'、工業(yè)加工、

軍事等領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器都發(fā)揮著重要作用。隨著新興技術(shù)如激光

雷達(dá)、光通信、3D打印等領(lǐng)域的快速發(fā)展，半導(dǎo)體激光器的市場(chǎng)需

求將進(jìn)一步提升。

在技術(shù)方面，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展也將持續(xù)創(chuàng)新。一方面，通過

提高材料質(zhì)量、優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)、改進(jìn)制備工藝等手段，可以進(jìn)一步提

高半導(dǎo)體激光器的性能，如提高輸出功率、降低閾值電流、提高光束

質(zhì)量等。另一方面，隨著微納加工技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)更小尺寸的

半導(dǎo)體激光器，從而滿足更廣泛的應(yīng)用需求。

展望未來，半導(dǎo)體激光器有望在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。在通信領(lǐng)域,

隨著5G、6G等新一代通信技術(shù)的普及，半導(dǎo)體激光器將在高速光通

信中發(fā)揮更加重要的作用。在醫(yī)療領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器有望用于更精

確的手術(shù)、更高效的治療以及更深入的醫(yī)學(xué)成像等方面。在_L業(yè)加工

領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器的高功率、高效率特性將使其成為切割、焊接、

打孔等工藝中的理想光源。

半導(dǎo)體激光器作為一種重要的光源器件，其市場(chǎng)前景廣闊，應(yīng)用

領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。隨著科技的進(jìn)步和市場(chǎng)的發(fā)展，半導(dǎo)體激光器有

望在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，為人類社會(huì)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

1.市場(chǎng)需求分析

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和全球數(shù)字化進(jìn)程的加速，半導(dǎo)體激光

器作為一種重要的光電子器件，其市場(chǎng)需求呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

這種增長(zhǎng)主要源于半導(dǎo)體激光器在通信、工業(yè)、醫(yī)療、軍事等多個(gè)領(lǐng)

域中的廣泛應(yīng)用。

在通信領(lǐng)域，隨著光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體激光器作為

光源的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)中。特別是在高速、

大容量、長(zhǎng)距離的光纖通信中，半導(dǎo)體激光器的性能直接影響到通信

系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。對(duì)于高速、低噪聲、高穩(wěn)定性的半導(dǎo)體激

光器有著巨大的市場(chǎng)需求。

在工業(yè)領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器以其高精度、高效率、高可靠性等優(yōu)

點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于激光切割、激光焊接、激光打標(biāo)、激光雕刻等工業(yè)

加工中。隨著工業(yè)制造對(duì)于高精度、高效率加工需求的不斷增加，半

導(dǎo)體激光器的市場(chǎng)需求也在持續(xù)上升。

在醫(yī)療領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器被廣泛應(yīng)用于激光治療、激光診斷、

激光手術(shù)等醫(yī)療領(lǐng)域。隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們對(duì)健康生活的

追求，半導(dǎo)體激光器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷拓展，市場(chǎng)需求也在

不斷增加。

在軍事領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器也發(fā)揮著直要作用。例如，激光雷達(dá)、

激光制導(dǎo)、激光武器等軍事裝備都需要高性能的半導(dǎo)體激光器作為關(guān)

鍵部件。隨著國(guó)防科技的不斷進(jìn)步和軍事需求的不斷增加，半導(dǎo)體激

光器的軍事需求也在持續(xù)上升。

隨著各個(gè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展和進(jìn)步，半導(dǎo)體激光器的市場(chǎng)需求將會(huì)

持續(xù)增長(zhǎng)。未來，隨著半導(dǎo)體激光器技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不

斷拓展，其市場(chǎng)需求將會(huì)更加廣闊。

2.技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)

隨著科技的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體激光器正逐步成為光電子領(lǐng)域的核

心組件。在技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)方面，半導(dǎo)體激光器正朝著更高的輸出功率、

更長(zhǎng)的壽命、更高的效率以及更短的波長(zhǎng)方向前進(jìn)。

當(dāng)前，高功率半導(dǎo)體激光器已成為研究熱點(diǎn)。通過改進(jìn)材料結(jié)構(gòu)、

優(yōu)化器件設(shè)計(jì)以及提高散熱效率等手段，科研人員正努力實(shí)現(xiàn)更高的

輸出功率。這不僅有助于拓展半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍，還可為其他

領(lǐng)域如激光雷達(dá)、材料處理等提供強(qiáng)大的光源支持。

在提高器件壽命和效率方面，研究者們正努力解決材料老化、熱

衰減等問題。通過引入新型材料、優(yōu)化工藝流程以及開發(fā)新型封裝技

術(shù)，半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)定性和可靠性得到了顯著提升。

隨著波長(zhǎng)更短的半導(dǎo)體激光器的研發(fā)，其在光通信、光譜分析、

生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。例如，短波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器在生

物熒光成像和光遺傳學(xué)中具有重要作用，為生物醫(yī)學(xué)研究提供了有力

工具。

半導(dǎo)體激光器的發(fā)展也面臨著諸多挑戰(zhàn)。材料研究的瓶頸限制了

器件性能的進(jìn)一步提升。隨著器件尺寸的縮小，散熱問題變得愈發(fā)嚴(yán)

重。制造成本和可靠性問題也是制約半導(dǎo)體激光器大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵

因素。

半導(dǎo)體激光器在技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)方面呈現(xiàn)出高功率、長(zhǎng)壽命、高效

率以及短波長(zhǎng)等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，仍需克服材料、散熱、

成本和可靠性等方面的挑戰(zhàn)。隨著科研工作的深入，相信半導(dǎo)體激光

器將在未來光電子領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

3.半導(dǎo)體激光器在未來社會(huì)的應(yīng)用前景

隨著科技的持續(xù)進(jìn)步，半導(dǎo)體激光器在未來社會(huì)的發(fā)展和應(yīng)用前

景十分廣闊。在諸多領(lǐng)域，它們都有可能成為推動(dòng)科技和社會(huì)發(fā)展的

重要力量。

通信領(lǐng)域是半導(dǎo)體激光器的重要應(yīng)用領(lǐng)域。隨著5G、6G等新一

代通信技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)于高速、高帶寬、低延遲的通信需求日益

增強(qiáng)。半導(dǎo)體激光器以其高效、穩(wěn)定、緊湊的特性，有望在光通信系

統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用，為未來的通信網(wǎng)絡(luò)斃供強(qiáng)大的技術(shù)支持。

在生物醫(yī)療領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器也將發(fā)揮越來越重要的作用。例

如，在生物成像、激光手術(shù)、激光診療等方面，半導(dǎo)體激光器能夠提

供精確、高效、無創(chuàng)的治療方案，提高醫(yī)療質(zhì)量和效率。隨著納米技

術(shù)和生物技術(shù)的結(jié)合，半導(dǎo)體激光器有望在生物醫(yī)學(xué)研究中發(fā)揮更大

的作用，如生物芯片、生物傳感器等領(lǐng)域。

再次，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器也將發(fā)揮重要作用。例如,

在材料加工、精密測(cè)量、質(zhì)量檢測(cè)等方面，半導(dǎo)體激光器能夠提供高

精度、高效率的解決方案，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。隨著智能制

造和工業(yè)0的推進(jìn)，半導(dǎo)體激光器有望在自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)中發(fā)揮

更大的作用。

隨著環(huán)保和節(jié)能意識(shí)的提高，半導(dǎo)體激光器在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)

用也將逐漸增多。例如，在照明領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器以其高效、節(jié)能、

環(huán)保的特性，有望替代傳統(tǒng)的照明方式，實(shí)現(xiàn)綠色照明。在太陽(yáng)能、

風(fēng)能等新能源領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器也有望發(fā)揮重要作用，推動(dòng)新能源

技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

半導(dǎo)體激光器在未來社會(huì)的發(fā)展和應(yīng)用前景十分廣闊。在通信、

生物醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域，它們都有可能成為推動(dòng)科技

和社會(huì)發(fā)展的重要力量。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不

斷拓展，半導(dǎo)體激光器的性能和功能也將不斷提升和完善，為未來的

科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步提供強(qiáng)大的支持。

六、結(jié)論

隨著科技的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體激光器已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展，并

在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。從早期的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)到現(xiàn)在的高

性能、多功能，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷程充分證明了科技創(chuàng)新的巨大

推動(dòng)力。

在技術(shù)性能方面，半導(dǎo)體激光器的輸出功率、轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性

都得到了顯著的提升。特別是近年來，隨著材料科學(xué)和微納加工技術(shù)

的進(jìn)步，半導(dǎo)體激光器的性能已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的高度。這些技術(shù)進(jìn)

步不僅提高了激光器的性能，還為其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。

在應(yīng)用方面，半導(dǎo)體激光器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)加工、醫(yī)

療、軍事等多個(gè)領(lǐng)域。在通信領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器作為光源，為光纖

通信提供了高速、穩(wěn)定的傳輸能力。在工業(yè)加工領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器

的高能量密度和高精度控制能力使其成為精密加工的理想工具。在醫(yī)

療領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器被用于激光手術(shù)、皮膚美容等多個(gè)方面，其獨(dú)

特的優(yōu)勢(shì)為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來了革命性的變革。

盡管半導(dǎo)體激光器已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但仍有許多挑戰(zhàn)和問

題需要解決。例如，如何進(jìn)一步提高激光器的效率和穩(wěn)定性，如何拓

展其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，如何降低制造成本等。這些問題需要科研人

員和工程師們繼續(xù)深入研究和探索。

半導(dǎo)體激光器的發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)

用領(lǐng)域的拓展，我們有理由相信，半導(dǎo)體激光器將在未來發(fā)揮更加重

要的作用，為人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

1.半導(dǎo)體激光器的發(fā)展成就與貢獻(xiàn)

半導(dǎo)體激光器，自其誕生以來，就以其獨(dú)特的光電特性在多個(gè)領(lǐng)

域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。經(jīng)過幾十年的持續(xù)研發(fā)與創(chuàng)新，半導(dǎo)體

激光器的發(fā)展已經(jīng)取得了令人矚目的成就，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的

影響。

從最初的氮化錢材料探索，到后來的神化錢、磷化鋼等新材料的

引入，半導(dǎo)體激光器的性能得到了顯著提升。材料的進(jìn)步不僅拓寬了

光譜范圍，還提高了激光器的效率和穩(wěn)定性。與此同時(shí)，量子阱結(jié)構(gòu)、

垂直腔面發(fā)射激光器等先進(jìn)結(jié)構(gòu)的發(fā)明和應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)了半導(dǎo)體

激光器的技術(shù)進(jìn)步。

在工作環(huán)境方面，半導(dǎo)體激光器也從超低溫發(fā)展到了常溫，極大

地提高了其應(yīng)用的靈活性。閾值電流的降低，使得激光器在更低的功

耗下就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作，而波長(zhǎng)范圍則從紅外波段擴(kuò)展到了藍(lán)綠光波

段，滿足了不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。光電轉(zhuǎn)換效率的提升和使用壽命的

延長(zhǎng)，使得半導(dǎo)體激光器在性能和可靠性方面都得到了顯著增強(qiáng)。

值得一提的是，隨著大功率半導(dǎo)體激光器和陣列激光器的問世，

半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用領(lǐng)域得到了進(jìn)一步的拓展。這些高性能的激光器

不僅在光通信、醫(yī)療、顯示、材料加工等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，還為

科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新提供了強(qiáng)大的工具。

半導(dǎo)體激光器的發(fā)展成就與貢獻(xiàn)不僅體現(xiàn)在其性能的提升和應(yīng)

用領(lǐng)域的拓展上，更體現(xiàn)在其對(duì)現(xiàn)代社會(huì)科技進(jìn)步的推動(dòng)上。作為一

種高效、緊湊、可調(diào)諧、易于集成和操作的光源，半導(dǎo)體激光器將繼

續(xù)在未來的科技發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

2.對(duì)未來研究與應(yīng)用的展望

隨著科技的飛速進(jìn)步，半導(dǎo)體激光器在未來將繼續(xù)扮演著至關(guān)重

要的角色。我們可以預(yù)見，其在多個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用將更為廣泛和深入。

在通信領(lǐng)域，隨著5G、6G等新一代通信技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)光

通信的速度和穩(wěn)定性要求越來越高。半導(dǎo)體激光器作為光通信的核心

元件，其性能的提升和成本的降低將直接影響到通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)

展。研究和開發(fā)更高效、更穩(wěn)定的半導(dǎo)體激光器是未來通信技術(shù)發(fā)展

的關(guān)鍵。

在醫(yī)療領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器因其獨(dú)特的光學(xué)特性，已被廣泛應(yīng)用

于激光治療、光譜分析等方面。未來，隨著生物醫(yī)學(xué)的深入研究，半

導(dǎo)體激光器有望在疾病診斷、治療以及生物成像等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作

用。

在軍事領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器因其高亮度、高方向性等特點(diǎn)，已被

用于激光雷達(dá)、激光武器等軍事裝備中。隨著軍事技術(shù)的不斷進(jìn)步，

半導(dǎo)體激光器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛和深入。

在材料加工領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器以其高效、精準(zhǔn)的特點(diǎn)，已成為

許多材料加工過程中的重要工具。未來，隨著新材料和新工藝的不斷

涌現(xiàn)，半導(dǎo)體激光器在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用將更加豐富和多樣。

半導(dǎo)體激光器作為一種重要的光電子器件，在未來的研究與應(yīng)用

中將具有更加廣闊的前景。我們期待通過不斷的科技創(chuàng)新和研發(fā)，推

動(dòng)半導(dǎo)體激光器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為人類社會(huì)的進(jìn)步做出更大的貢

獻(xiàn)V

參考資料：

半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管，是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的

激光器。由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，不同種類產(chǎn)生激光的具體過程比較

特殊。常用工作物質(zhì)有珅化線(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化錮(InP)、

硫化鋅(ZnS)等。激勵(lì)方式有電注入、電子束激勵(lì)和光泵浦三種形式。

半導(dǎo)體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等幾種。同質(zhì)

結(jié)激光器和單異質(zhì)結(jié)激光器在室溫時(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)體二極管激光器是最實(shí)用最重要的一類激光器。它體積小、

壽命長(zhǎng)，并可采用簡(jiǎn)單的注入電流的方式來泵浦，其工作電壓和也流

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(chǔ)、光陀螺、激光打印、測(cè)距以

及雷達(dá)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

半導(dǎo)體激光器是以一定的半導(dǎo)體材料做工作物質(zhì)而產(chǎn)生激光的

器件。.其工作原理是通過一定的激勵(lì)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(jí)

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(lì)方

式主要有三種，即可注入式，光泵式和高能電子束激勵(lì)式。電注入式

半導(dǎo)體激光器，一般是由硅化錢（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化錮（InP）、

硫化鋅（ZnS）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(lì)，在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射c光泵式半導(dǎo)體激光器，一

般用N型或P型半導(dǎo)體單晶（如GaAS,InAs,InSb等）做工作物質(zhì)，

以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵(lì)。高能電子束激勵(lì)式半導(dǎo)體激光

器，一般也是用N型或者P型半導(dǎo)體單晶（如PbS,CdS,ZhO等）做工作

物質(zhì)，通過由外部注入高能電子束進(jìn)行激勵(lì)。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二極管激

光器。

半導(dǎo)體激光（Semiconductorlaser）在1962年被成功激發(fā)，在

1970年實(shí)現(xiàn)室溫下連續(xù)輸出。后來經(jīng)過改良，開發(fā)出雙異質(zhì)接合型

激光及條紋型構(gòu)造的激光二極管（Laserdiode）等，廣泛使用于光

纖通信、光盤、激光打印機(jī)、激光掃描器、激光指示器（激光筆），

是目前生產(chǎn)量最大的激光器。

激光二極體的優(yōu)點(diǎn)有：效率高、體積小、重量輕且價(jià)格低。尤其

是多重量子井型的效率有20~40%,P-N型也達(dá)到數(shù)15%~25圾總而言

之能量效率高是其最大特色。它的連續(xù)輸出波長(zhǎng)涵蓋了紅外線到可見

光范圍，而光脈沖輸出達(dá)50W（脈寬100ns）等級(jí)的產(chǎn)品也已商業(yè)化，

作為激光雷達(dá)或激發(fā)光源可說是非常容易使用的激光的例子。

根據(jù)固體的能帶理論，半導(dǎo)體材料中電子的能級(jí)形成能帶。高能

量的為導(dǎo)帶，低能量的為價(jià)帶，兩帶被禁帶分開。引入半導(dǎo)體的非平

衡電子-空穴對(duì)復(fù)合時(shí)，把釋放的能量以發(fā)光形式輻射出去，這就是

載流子的復(fù)合發(fā)光。

一般所用的半導(dǎo)體材料有兩大類，直接帶隙材料和間接帶隙材料,

其中直接帶隙半導(dǎo)體材料如GaAs（神化段）比間接帶隙半導(dǎo)體材料

如Si有高得多的輻射躍遷幾率，發(fā)光效率也高得多。

半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光達(dá)到受激發(fā)射（即產(chǎn)生激光）的必要條件是：①

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布分別從P型側(cè)和n型側(cè)注入到有源區(qū)的載流子密度十

分高時(shí)，占據(jù)導(dǎo)帶電子態(tài)的電子數(shù)超過占據(jù)價(jià)帶電子態(tài)的電子數(shù)，就

形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。②光的諧振腔在半導(dǎo)體激光器中，諧振腔由

其兩端的鏡面組成，稱為法布里一珀羅腔。③高增益用以補(bǔ)償光損耗。

諧振腔的光損耗主要是從反射面向外發(fā)射的損耗和介質(zhì)的光吸收。

半導(dǎo)體激光器是依靠注入載流子工作的，發(fā)射激光必須具備三個(gè)

基本條件：

（1）要產(chǎn)生足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，即高能態(tài)粒子數(shù)足夠的大

于處于低能態(tài)的粒子數(shù)；

（2）有一個(gè)合適的諧振腔能夠起到反饋?zhàn)饔?，使受激輻射光?/p>

增生，從而產(chǎn)生激光震蕩；

半導(dǎo)體激光器工作原理是激勵(lì)方式，利用半導(dǎo)體物質(zhì)（即利用電

子）在能帶間躍遷發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射鏡

面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振湯、反饋，產(chǎn)生光的輻射放大，

輸出激光。

半導(dǎo)體激光器封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展

與演變而來的，但卻有很大的特殊性。一般情況下，分立器件的管芯

被密封在封裝體內(nèi)，封裝的作用主要是保護(hù)管芯和完成電氣互連。而

半導(dǎo)體激光器封裝則是完成輸出電信號(hào)，保護(hù)管芯正常工作，輸出：

可見光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求，無法簡(jiǎn)

單地將分立器件的封裝用于半導(dǎo)體激光器。

半導(dǎo)體激光器的核心發(fā)光部分是由P型和n型半導(dǎo)體構(gòu)成的pn

結(jié)管芯，當(dāng)注入pn結(jié)的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)，就會(huì)發(fā)出

可見光，紫外光或近紅外光。但pn結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即

向各個(gè)方向發(fā)射有相同的幾率，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放

出來，這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)

部結(jié)構(gòu)與包封材料,應(yīng)用要求提高半導(dǎo)體激光器的內(nèi)、外部量子效率。

常規(guī)①5nmi型半導(dǎo)體激光器封裝是將邊長(zhǎng)25mm的正方形管芯粘結(jié)或

燒結(jié)在引線架上，管芯的正極通過球形接觸點(diǎn)與金絲，鍵合為內(nèi)引線

與一條管腳相連，負(fù)極通過反射杯和引線架的另一管腳相連，然后其

頂部用環(huán)氧樹脂包封。反射杯的作用是收集管芯側(cè)面、界面發(fā)出的光,

向期望的方向角內(nèi)發(fā)射。頂部包封的環(huán)氧樹脂做成一定形狀，有這樣

幾種作用：保護(hù)管芯等不受外界侵蝕;采用不同的形狀和材料性質(zhì)（摻

或不摻散色劑），起透鏡或漫射透鏡功能，控制光的發(fā)散角；管芯折

射率與空氣折射率相關(guān)太大，致使管芯內(nèi)部的全反射臨界角很小，其

有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯內(nèi)部經(jīng)多次反射

而被吸收，易發(fā)生全反射導(dǎo)致過多光損失，選用相應(yīng)折射率的環(huán)氧樹

脂作過渡，提高管芯的光出射效率。用作構(gòu)成管殼的環(huán)氧樹脂須具有

耐濕性，絕緣性，機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)管芯發(fā)出光的折射率和透射率高C選

擇不同折射率的封裝材料，封裝幾何形狀對(duì)光子逸出效率的影響是不

同的，發(fā)光強(qiáng)度的角分布也與管芯結(jié)構(gòu)、光輸出方式、封裝透鏡所用

材質(zhì)和形狀有關(guān)。若采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到半導(dǎo)體激光器

的軸線方向，相應(yīng)的視角較?。蝗绻敳康臉渲哥R為圓形或平面型,

其相應(yīng)視角將增大。

一般情況下，半導(dǎo)體激光器的發(fā)光波長(zhǎng)隨溫度變化為2-3nm/℃,

光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。當(dāng)正向電流流經(jīng)pn結(jié)，發(fā)熱

性損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升，在室溫附近，溫度每升高1℃,半導(dǎo)體激光

器的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)地減少1%左右，封裝散熱；時(shí)保持色純度與發(fā)

光強(qiáng)度非常重要，以往多采用減少其驅(qū)動(dòng)電流的辦法，降低結(jié)溫，多

數(shù)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流限制在20niA左右。半導(dǎo)體激光器的光輸

出會(huì)隨電流的增大而增加，很多功率型半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流可以

達(dá)到70mA、100M甚至1A級(jí)，需要改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)，全新的半導(dǎo)體激

光器封裝設(shè)計(jì)理念和低熱阻封裝結(jié)構(gòu)及技術(shù)，改善熱特性。例如，采

用大面積芯片倒裝結(jié)構(gòu)，選用導(dǎo)熱性能好的銀膠，增大金屬支架的表

面積，焊料凸點(diǎn)的硅載體直接裝在熱沉上等方法。在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，PCB

線路板等的熱設(shè)計(jì)、導(dǎo)熱性能也十分重要。

進(jìn)入21世紀(jì)后，半導(dǎo)體激光器的高效化、超高亮度化、全色化

不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅、橙半導(dǎo)體激光器光效己達(dá)到lOOIm/肌綠半導(dǎo)體

激光器為501m/W,單只半導(dǎo)體激光器的光通量也達(dá)到數(shù)十Im。半導(dǎo)

體激光器芯片和封裝不再沿龔傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與制造生產(chǎn)模式，在增

加芯片的光輸出方面，研發(fā)不僅僅限于改變材料內(nèi)雜質(zhì)數(shù)量，晶格缺

陷和位錯(cuò)來提高內(nèi)部效率，同時(shí)，如何改善管芯及封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增

強(qiáng)半導(dǎo)體激光器內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱，取

光和熱沉優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)光學(xué)性能，加速表面貼裝化SMD進(jìn)程更是產(chǎn)

業(yè)界研發(fā)的主流方向。

半導(dǎo)體光電器件的工作波長(zhǎng)是和制作器件所用的半導(dǎo)體材料的

種類相關(guān)的。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(dòng)，而價(jià)帶下面可以讓空穴自由運(yùn)動(dòng)，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(zhǎng)。材料

科學(xué)的發(fā)展使我們能采用能帶工程對(duì)半導(dǎo)體材料的能帶進(jìn)行各種精

巧的裁剪，使之能滿足我們的各種需要并為我們做更多的事情，也能

使半導(dǎo)體光電器件的工作波長(zhǎng)突破材料禁帶寬度的限制擴(kuò)展到更寬

的范圍。

激光器的腔體可以有諧振腔和外腔之分。在諧振腔里，激光器的

損耗有很多種類，比如偏折損耗，法布里珀羅諧振腔就有較大偏折損

耗，而共焦腔的偏折損耗較小，適合于小功率連續(xù)輸出激光，還比如

反轉(zhuǎn)粒子的無輻射躍遷損耗(這類損耗可以歸為白噪聲)等等之類的，

都是腔長(zhǎng)長(zhǎng)損耗大。激光器閾值電流不過就是能讓激光器起振的電流,

諧振腔長(zhǎng)短的不同可以使得閾值電流有所不同，半導(dǎo)體激光器中，像

邊發(fā)射激光器腔長(zhǎng)較長(zhǎng)，閾值電流相對(duì)較大，而垂直腔面發(fā)射激光器

腔長(zhǎng)極短，閾值電流就非常低了。這些都不是一兩句話可以說的清楚

的，它們各自的速率方程也都不同，不是一兩個(gè)式子能解釋的。另外

諧振腔長(zhǎng)度不同也可以達(dá)到選模的作用，即輸出激光的頻率不同。

半導(dǎo)體激光器又稱激光二極管(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(shí)還發(fā)展了MBE.MOCVD及CBE等晶

體生長(zhǎng)技術(shù)新工藝，使得新的外延生長(zhǎng)工藝能夠精確地控制晶體生長(zhǎng),

達(dá)到原子層厚度的精度，生長(zhǎng)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(zhǎng)，使用壽命也明顯加長(zhǎng)。

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(dòng)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(zhǎng)（如波長(zhǎng)為670nm、650nni、

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(shí)質(zhì)性發(fā)展。這些器件的發(fā)展特征是：?jiǎn)晤l窄線寬、高速率、

可調(diào)諧以及短波長(zhǎng)化和光電單片集成化等。

1983年，波長(zhǎng)800nm的單個(gè)LD輸出功率已超過lOOmW,到了1989

年，1mm條寬的LD則達(dá)到7W的連續(xù)輸出,而1cm線陣LD己達(dá)到76W

輸出，轉(zhuǎn)換效率達(dá)39%。1992年，美國(guó)人又把指標(biāo)提高到一個(gè)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。

為適應(yīng)EDFA和EDFL等需要，波長(zhǎng)980nm的大功率LD也有很大

發(fā)展。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。

半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類激光器，由于它的波

長(zhǎng)范圍寬，制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重

量輕、壽命長(zhǎng)，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，已超過300種，半導(dǎo)體激

光器的最主要應(yīng)用領(lǐng)域是Gb局域網(wǎng)，850nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器適

用于）IGh/。局域網(wǎng)，1300nmT550nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器適用于

10Gb局域網(wǎng)系統(tǒng).半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域,

已成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù).半導(dǎo)體激光器在激光測(cè)距、激光

雷達(dá)、激光通信、激光模擬武器、激光警戎、激光制導(dǎo)跟蹤、引燃引

爆、自動(dòng)控制、檢測(cè)儀器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，形成了廣闊的市

場(chǎng)。1978年，半導(dǎo)體激光器開始應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)，半導(dǎo)體激光

器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)體激光器有著超小型、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(jì)算機(jī)外部設(shè)備的光禍合等方面有重要用途.半導(dǎo)

體激光器的問世極大地推動(dòng)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)體激光器再加上低損耗光纖、對(duì)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)體激光器的出現(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(zhǎng)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)體激光器（DFB—LD）.半導(dǎo)體激光器也廣泛地應(yīng)用于光

盤技術(shù)中，光盤技術(shù)是集計(jì)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).是大容量、高密度、快速有效和低成本的信息存儲(chǔ)手

段，它需要半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的光束將信息寫人和讀出.

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(shí)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、高可靠性和小型化的優(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)體激光器也有應(yīng)用.如長(zhǎng)波長(zhǎng)

激光器（1976年，人們用Ga[nAsP/InP實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器）用于

光通信，短波長(zhǎng)激光器用于光盤讀出.自從NaKamuxa實(shí)現(xiàn)了

GalnN/GaN藍(lán)光激光器，可見光半導(dǎo)體激光器在光盤系統(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(chǔ)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)體激光器用于水

下通信、激光打印、高密度信息讀寫、深水探測(cè)及應(yīng)用于大屏幕彩色

顯示和高清晰度彩色電視機(jī)也可見光半導(dǎo)體激光器在用作彩色顯示

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(chǔ)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(jí)聯(lián)激光的新型激光器應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)和醫(yī)檢領(lǐng)域.由于半導(dǎo)體

激光器可以通過改變磁場(chǎng)或調(diào)節(jié)電流實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)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)體激光器可以進(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（51m）LD在紅外對(duì)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(chǔ).近場(chǎng)光學(xué)方案被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高密度光存儲(chǔ)

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(hào)、光裝飾、紫外光刻、激光加工和醫(yī)療等方面12）、

如前所述，半導(dǎo)體激光器自20世紀(jì)80年代初以來，由于取得了DFB

動(dòng)態(tài)單縱模激光器的研制成功和實(shí)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(shí)現(xiàn)、單極性注人半導(dǎo)體激光器的研制等等一系列的

重大突破，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用越來越廣泛，半導(dǎo)體激光器已成為激

光產(chǎn)業(yè)的主要組成部分，已成為各國(guó)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)體激光器因其使用壽命長(zhǎng)、激光利用效率高、熱能量比YAG

激光器小、體積小、性價(jià)比高、用電省等一系列優(yōu)勢(shì)而成為2010年

熱賣產(chǎn)品，e網(wǎng)激光生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)，加速了以半導(dǎo)

體激光器為主要耗材的半導(dǎo)體激光機(jī)取代YAG激光打標(biāo)機(jī)市場(chǎng)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?cè)缭?0年代就設(shè)想發(fā)明半導(dǎo)體激光器，60年代早期，很多小組競(jìng)

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(guó)際會(huì)議上，美國(guó)麻省理工

學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的兩名學(xué)者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）報(bào)告

了碎化錢材料的光發(fā)射現(xiàn)象，這引起通用電氣研究實(shí)驗(yàn)室工程師哈爾

（Hall）的極大興趣，在會(huì)后回家的火車上他寫下了有關(guān)數(shù)據(jù)?；氐?/p>

家后，哈爾立即制定了研制半導(dǎo)體激光器的計(jì)劃，并與其他研究人員

一道，經(jīng)數(shù)周奮斗，他們的計(jì)劃獲得成功。

像晶體二極管一樣，半導(dǎo)體激光器也以材料的p-n結(jié)特性為基礎(chǔ),

且外觀亦與前者類似，半導(dǎo)體激光器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(shí)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(shí)間，才由貝爾實(shí)驗(yàn)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)體激光器則直到70年代中期才出現(xiàn)。

半導(dǎo)體激光器體積非常小，最小的只有米粒那樣大。工作波長(zhǎng)依

賴于激光材料，一般為6?55微米，由于多種應(yīng)用的需要，更短波長(zhǎng)

的器件在發(fā)展中。據(jù)報(bào)導(dǎo)，以H?IV價(jià)元素的化合物，如ZnSe為工

作物質(zhì)的激光器，低溫下已得到46微米的輸出，而波長(zhǎng)50?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(shí)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(jì)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(chǎng)。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)體激光器是同質(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)注入.于是，在原來的pn結(jié)耗盡區(qū)內(nèi)實(shí)

現(xiàn)了截流子分布的反轉(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，在一定的條件卜發(fā)生激光，

這是一種只能以脈沖形式工作的半導(dǎo)體激光器。

半導(dǎo)體激光器發(fā)展的第二階段是異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器，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(shì)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(gè)數(shù)量級(jí),

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(shí)現(xiàn)了激光波長(zhǎng)為9000A：室溫連續(xù)工作的雙異質(zhì)結(jié)

GaAs-GaAlAs（神化錢一線鋁神）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(zhǎng)了僅有2Eam厚，不摻雜的，具有較

窄能隙材料的一個(gè)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(shí)現(xiàn)載流子數(shù)的反轉(zhuǎn)。在半導(dǎo)體激

光器件中，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葭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(huì)

是怎么樣？再加之由于MBE,M0CVD技術(shù)的成就。于是，在1978年出現(xiàn)

了世界上第一只半導(dǎo)體量子阱激光器（QWL）,它大幅度地提高了半

導(dǎo)體激光器的各種性能.后來，又由于MOCVD,MBE生長(zhǎng)技術(shù)的成熟，

能生長(zhǎng)出高質(zhì)量超精細(xì)薄層材料，之后，便成功地研制出了性能更加

良好的量子阱激光器，量子阱半導(dǎo)體激光器與雙異質(zhì)結(jié)（DH）激光器

相比，具有闌值電流低、輸出功率高，頻率響應(yīng)好，光譜線窄和溫度

穩(wěn)定性好和較高的電光轉(zhuǎn)換效率等許多優(yōu)點(diǎn)。

QWL在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是它的有源區(qū)是由多個(gè)或單個(gè)阱寬約為100

人的勢(shì)阱所組成，由于勢(shì)阱寬度小于材料中電子的德布羅意波的波長(zhǎng),

產(chǎn)生了量子效應(yīng)，連續(xù)的能帶分裂為子能級(jí).特別有利于載流子的有

效填充，所需要的激光閾值電流特別低.半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用

的主要是單、多量子阱，單量子阱（SQW）激光器的結(jié)構(gòu)基本上就是

把普通雙異質(zhì)結(jié)（DH）激光器的有源層厚度