半導體激光器的發展
激光技術作為工業制造領域的一股核心驅動力量,本身也在不斷向前發展。總結來說,激光器正在向著“更快、更高、更好、更短”這四大方向發展。
自1962年世界上第一臺半導體激光器發明問世以來,半導體激光器發生了巨大的變化,極大地推動了其他科學技術的發展,被認為是二十世紀人類最偉大的發明之一。半導體激光器的應用范圍覆蓋了整個光電子學領域,已成為當今光電子科學的核心技術。由于半導體激光器的體積小、結構簡單、輸入能量低、壽命較長、易于調制以及價格較低廉等優點,使得它在光電子領域中應用也是非常廣泛,已受到世界各國的高度重視。
20世紀60年代初期的半導體激光器是同質結型激光器,它是在一種材料上制作的pn結二極管。在正向大電流注入下電子不斷地向p區注入,空穴不斷地向n區注入。于是,在原來的pn結耗盡區內實現了載流子分布的反轉,由于電子的遷移速度比空穴的遷移速度快,在有源區發生輻射、復合,發射出熒光,在一定的條件下發生激光,這是一種只能以脈沖形式工作的半導體激光器。半導體激光器發展的第二階段是異質結構半導體激光器,它是由兩種不同帶隙的半導體材料薄層,如GaAs,GaAlAs 所組成,最先出現的是單異質結構激光器。單異質結注入型激光器(SHLD)GaAsP -N 結的p區之內,以此來降低閥值電流密度,其數值比同質結激光器降低了一個數量級,但單異質結激光器仍不能在室溫下連續工作。
從20世紀70年代末開始,半導體激光器明顯向著兩個方向發展,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。在泵浦固體激光器等應用的推動下,高功率半導體激光器(連續輸出功率在100mw以上,脈沖輸出功率在5W以上,均可稱之謂高功率半導體激光器)。
在 20 世紀90年代取得了突破性進展,其標志是半導體激光器的輸出功率顯著增加,國外千瓦級的高功率半導體激光器已經商品化,國內樣品器件輸出已達到 600W。
我國在半導體激光行業發展的首要需求是保障國家戰略安全。半導體激光器是光通信、激光傳感、激光加工、激光泵浦的核心元器件,還可以直接應用于激光雷達、激光測距、激光武器、導彈制導、光電對抗等領域。
從半導體激光器產業與上下游產業的關系來看,其產業帶動能力強、先發效應明顯,在產品中的性能比重遠大于其價格比重。半導體激光器是系統應用的核心競爭力,對器件的功能和可靠性的系統驗證又需要長時間、大樣本量的閉環優化,試錯成本高,形成了較高的“門檻”。在半導體激光器產業成熟的這一過程中,領先者與追趕者的差距被進一步拉大。
我國半導體激光器產業長期處于追趕階段,在某些領域實現引領是行業發展的迫切需求。從實際出發,針對新應用,開發新器件,占據“先發優勢”,是實現超越的有效途徑。