半导体激光模块常见典型

半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光模块，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面，以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最为杰出。 　在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，这引起通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）的极大兴趣，在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后，哈尔立即制定了研制半导体激光模块的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功。 　像晶体二极管一样，半导体激光模块也以材料的p-n结特性为基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光模块常被称为二极管激光器或激光二极管。 　早期的激光二极管有很多实际限制，例如，只能在77K低温下以微秒脉冲工作，过了8年多时间，才由贝尔实验室和列宁格勒（圣彼得堡）约飞（Ioffe）物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件。而足够可靠的半导体激光模块则直到70年代中期才出现。 　半导体激光模块体积非常小，最小的只有米粒那样大。工作波长依赖于激光材料，一般为0.6～1.55微米，由于多种应用的需要，更短波长的器件在发展中。据报导，以Ⅱ～Ⅳ价元素的化合物，如ZnSe为工作物质的激光器，低温下已得到0.46微米的输出，而波长0.50～0.51微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上。但迄今尚未实现商品化。 　光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域，一方面是世界范围的远距离海底光纤通信，另一方面则是各种地区网。后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等。但就而言，激光唱机是这类器件的最大市场。其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示，及各种医疗应用等。 　20世纪60年代初期的半导体激光模块是同质结型激光器，它是在一种材料上制作的pn结二极管在正向大电流注人下，电子不断地向p区注人，空穴不断地向n区注人.于是，在原来的pn结耗尽区内实现了载流子分布的反转，由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快，在有源区发生辐射、复合，发射出荧光，在一定的条件下发生激光，这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光模块. 　半导体激光模块发展的第二阶段是异质结构半导体激光模块，它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs, GaAlAs所组成，最先出现的是单异质结构激光器(1969年).单异质结注人型激光器(SHLD)是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP一N结的P区之内，以此来降低阀值电流密度，其数值比同质结激光器降低了一个数量级，但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作. 　1970年，实现了激光波长为9000Å.室温连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs(砷化稼一稼铝砷)激光器.双异质结激光器(DHL)的诞生使可用波段不断拓宽，线宽和调谐性能逐步提高，其结构的特点是在P型和n型材料之间生长了仅有0. 2 Eam厚的，不掺杂的，具有较窄能隙材料的一个薄层，因此注人的载流子被限制在该区域内(有源区)，因而注人较少的电流就可以实现载流子数的反转.在半导体激光模块件中，比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs二极管激光器. 　随着异质结激光器的研究发展，人们想到如果将超薄膜(< 20nm)的半导体层作为激光器的激括层，以致于能够产生量子效应，结果会是怎么样"para" label-module="para">

发展概况

简介

半导体激光模块又称激光二极管[1](LD)。进入八十年代，人们吸收了半导体物理发展的最新成果，采用了量子阱(QW)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构，引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bragg发射器最新技术，同时还发展了MBE、MOCVD及CBE等晶体生长技术新工艺，使得新的外延生长工艺能够精确地控制晶体生长，达到原子层厚度的精度，生长出优质量子阱以及应变量子阱材料。于是，制作出的LD，其阈值电流显著下降，转换效率大幅度提高，输出功率成倍增长，使用寿命也明显加长。

A 小功率LD

用于信息技术领域的小功率LD发展极快。例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈(DFB)和动态单模LD、窄线宽可调谐DFB-LD、用于光盘等信息处理技术领域的可见光波长(如波长为670nm、650nm、630nm的红光到蓝绿光)LD、量子阱面发射激光器以及超短脉冲LD等都得到实质性发展。这些器件的发展特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐以及短波长化和光电单片集成化等。

B 高功率LD

1983年，波长800nm的单个LD输出功率已超过100mW，到了1989年，0.1mm条宽的LD则达到3.7W的连续输出，而1cm线阵LD已达到76W输出，转换效率达39%。1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线阵LD连续波输出功率达121W，转换效率为45%。输出功率为120W、1500W、3kW等诸多高功率LD均已面世。高效率、高功率LD及其列阵的迅速发展也为全固化激光器，亦即半导体激光泵浦(LDP)的固体激光器的迅猛发展提供了强有力的条件。

近年来，为适应EDFA和EDFL等需要，波长980nm的大功率LD也有很大发展。最近配合光纤Bragg光栅作选频滤波，大幅度改善其输出稳定性，泵浦效率也得到有效提高。

特点及应用范围

半导体二极管激光器是实用中最重要的一类激光器。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。

1978年，半导体激光模块开始应用于光纤通信系统，半导体激光模块可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统.由于半导体激光模块有着超小型、高效率和高速工作的优异特点，所以这类器件的发展，一开始就和光通信技术紧密结合在一起，它在光通信、光变换、光互连、并行光波系统、光信息处理和光存贮、光计算机外部设备的光祸合等方面有重要用途.半导体激光模块的问世极大地推动了信息光电子技术的发展，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.半导体激光模块再加上低损耗光纤，对光纤通信产生了重大影响，并加速了它的发展.因此可以说，没有半导体激光模块的出现，就没有当今的光通信.GaAs/GaAlA。双异质结激光器是光纤通信和大气通信的重要光源，如今，凡是长距离、大容量的光信息传输系统无不都采用分布反馈式半导体激光模块(DFB一LD).半导体激光模块也广泛地应用于光盘技术中，光盘技术是集计算技术、激光技术和数字通信技术于一体的综合性技术.是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存储手段，它需要半导体激光模块产生的光束将信息写人和读出.

下面我们具体来看看几种常用的半导体激光模块的应用:

量子阱半导体大功率激光器在精密机械零件的激光加工方面有重要应用，同时也成为固体激光器最理想的、高效率泵浦光源.由于它的高效率、高可*性和小型化的优点，导致了固体激光器的不断更新.

在印刷业和医学领域，高功率半导体激光模块也有应用.另外，如长波长激光器(1976年，人们用Ga[nAsP/InP实现了长波长激光器)用于光通信，短波长激光器用于光盘读出.自从NaKamuxa实现了GaInN/GaN蓝光激光器，可见光半导体激光模块在光盘系统中得到了广泛应用，如CD播放器，DVD系统和高密度光存储器可见光面发射激光器在光盘、打印机、显示器中都有着很重要的应用，特别是红光、绿光和蓝光面发射激光器的应用更广泛.蓝绿光半导体激光模块用于水下通信、激光打印、高密度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机中.总之，可见光半导体激光模块在用作彩色显示器光源、光存贮的读出和写人，激光打印、激光印刷、高密度光盘存储系统、条码读出器以及固体激光器的泵浦源等方面有着广泛的用途.量子级联激光的新型激光器应用于环境检测和医检领域.另外,由于半导体激光模块可以通过改变磁场或调节电流实现波长调谐，且已经可以获得线宽很窄的激光输出，因此利用半导体激光模块可以进行高分辨光谱研究.可调谐激光器是深入研究物质结构而迅速发展的激光光谱学的重要工具大功率中红外(3.5lm)LD在红外对抗、红外照明、激光雷达、大气窗口、自由空间通信、大气监视和化学光谱学等方面有广泛的应用.

绿光到紫外光的垂直腔面发射器在光电子学中得到了广泛的应用，如超高密度、光存储.近场光学方案被认为是实现高密度光存储的重要手段.垂直腔面发射激光器还可用在全色平板显示、大面积发射、照明、光信号、光装饰、紫外光刻、激光加工和医疗等方面I2)、如前所述，半导体激光模块自20世纪80年代初以来，由于取得了DFB动态单纵模激光器的研制成功和实用化，量子阱和应变层量子阱激光器的出现，大功率激光器及其列阵的进展，可见光激光器的研制成功，面发射激光器的实现、单极性注人半导体激光模块的研制等等一系列的重大突破，半导体激光模块的应用越来越广泛，半导体激光模块已成为激光产业的主要组成部分，已成为各国发展信息、通信、家电产业及军事装备不可缺少的重要基础器件.

半导体激光模块在半导体激光打标机中的应用：

半导体激光模块因其使用寿命长、激光利用效率高、热能量比YAG激光器小、体积小、性价比高、用电省等一系列优势而成为2010年热卖产品，e网激光生产的国产半导体激光模块的出现，加速了以半导体激光模块为主要耗材的半导体激光机取代YAG激光打标机市场份额的步伐。

标准和非标准封装半导体激光模块器。典型波长：635nm，65Onm，660nm，670nm，690nm，780nm，83Onm，860nm，915nm，940nm及1064nm，131Onm，1480nm.单管芯功率从50mw到7000mw；单Bar连续输出功率>40w，百瓦级cw列阵，千瓦级Qcw列阵

激光打标机常用半导体激光模块波长为1064nm、532nm、808nm等。一般而言1064nm半导体激光模块都是采用水冷。而小功率的532nm以及808nm半导体激光模块则一般采用风冷。

怡德激光主要产品包括光纤激光打标机、半导体激光打标机、半导体激光模块、YAG灯泵浦激光打标机、CO2激光打标机、激光焊接机、全自动激光焊接机、光纤激光焊接机、 振镜激光焊接机等多类型二十几种型号的工业激光设备，广泛应用于电子、IC芯片、电工电器、照明灯具、珠宝首饰、五金工具、卫浴洁具、高尔夫球头、仪器仪表、汽摩配件、 手机通讯部件、模具、精密机械、医疗器械、IT数码金属外壳、军工航空部件、服装皮革、工艺礼品、广告装饰、模型、炊具餐具、厨具等行业。

前言

第一章 长飞光缆

第一节 概述

第二节 产品系列

第二章 飞秒自聚焦透镜

第一节 自聚焦透镜概述

第二节 自聚焦透镜的应用原理

第三节 自聚焦透镜的性能

第四节 自聚焦透镜产品系列

第五节 自聚焦透镜使用中的注意事项

第三章 凌云激光器件

第一节 半导体激光器

第二节 光纤耦合半导体激光模块

第三节 光纤耦合半导体激光器系统

第四节 半导体泵浦固体激光器

第五节 倍频/多倍频固体激光器

第六节 激光

第四章 中沪/超荣光幕传感器

第一节 NA系列光幕传感器

第二节 CN系列安全光幕传感器

第五章 科力光电保护器

第一节 KS02A（B）型光电保护器

第二节 LDKS型光电保护器

第六章 天达/中科恒源太阳电池

第七章 科艺激光器

第八章 西物光电探测器

第九章 华工激光打标机

第十章 光电辅料

附录