半導(dǎo)體激光器期中報(bào)告

1、半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用,張小興20164208079,半導(dǎo)體激光器的發(fā)展半導(dǎo)體激光器的特性半導(dǎo)體激光器的分類(lèi)半導(dǎo)體激光器的典型應(yīng)用半導(dǎo)體激光器市場(chǎng)及發(fā)展新波長(zhǎng)及其應(yīng)用總結(jié),目錄,半導(dǎo)體激光器的發(fā)展,,,半導(dǎo)體激光器的發(fā)展,,半導(dǎo)體激光器的特性,?轉(zhuǎn)換效率高：>70%。?體積?。?lt;1 mm3?壽命長(zhǎng)可達(dá)數(shù)十萬(wàn)小時(shí)?輸出波長(zhǎng)范圍廣：0.6-1.1um，2?3um?易調(diào)制：直接調(diào)制,?缺點(diǎn)：發(fā)散角大，光束質(zhì)量差,

2、半導(dǎo)體激光器的分類(lèi),? 半導(dǎo)體激光器通?？梢园凑?半導(dǎo)體材料，發(fā)射波長(zhǎng)，器件的結(jié)構(gòu)，輸出功率進(jìn)行分類(lèi)。? 大功率半導(dǎo)體激光器的種類(lèi): 單管：寬條形激光二極管Bar條：線列陣激光二極管疊層：面陣激光二極管,半導(dǎo)體激光器的典型應(yīng)用,?主要應(yīng)用領(lǐng)域通信與光儲(chǔ)存材料加工泵浦光源光譜學(xué)中的應(yīng)用激光醫(yī)療及美容,,光纖通訊領(lǐng)域是半導(dǎo)體激光器應(yīng)用的最大市場(chǎng)1.3μm和1.55μm的InGaAsP/lnP半導(dǎo)體激光器是通訊用半

3、 導(dǎo)體激光器光源0.98μm和1.48μmLD是摻銀光纖放大器的泵浦源，摻鉺光纖放大器可用作光發(fā)射機(jī)的功率放大、線路放大、再生中繼、接收機(jī)的前置放大等。,光通信,? 紅光半導(dǎo)體激光器，目前最大的應(yīng)用 是光信息的存取。如用于CD、VCD、 DVD讀寫(xiě)光頭、條形碼掃描是目前 最大的市場(chǎng)。? 藍(lán)、綠光波段的半導(dǎo)體激光器，高容量信息存儲(chǔ) 全彩色顯示 對(duì)潛通信,光信息存儲(chǔ),材料加工,?激光熔覆>對(duì)耐磨性及耐腐蝕性要求較

4、高的金屬零件進(jìn)行表而熱處理或 局部熔覆,>用半導(dǎo)休激光器光束進(jìn)行熔覆與表面熱處理的優(yōu)勢(shì),√電光效率高 √材料吸收率高 √使用維護(hù)費(fèi)用低 √光斑形狀為矩形 √光強(qiáng)分布均勻等,材料加工,?激光熔覆>用于激光熔覆與表面熱處理的半導(dǎo)體激光器√功率：1?6kW ^ √光束質(zhì)量：100?400mm/mrad√光斑大?。?×2mm2>廣泛應(yīng)用于電力、石化、冶金、鋼鐵、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域,不同熔

5、覆方法的比較,ps：YAG釔鋁石榴石,材料加工,?半導(dǎo)體激光器在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用汽車(chē)工業(yè)精密點(diǎn)焊 熱傳導(dǎo)焊接 管道的軸向焊接?用于薄片金屬焊接的半導(dǎo)體激光器，焊接材料的厚度為0.1?2.5mm功率為300?3000W光束質(zhì)量為40?150mm·mrad光斑大小為0.4?1.5mm，。?大功率半導(dǎo)體激光器焊接的優(yōu)點(diǎn) 熱量輸入低，零件的扭曲變形小 可進(jìn)行高速焊接，焊縫光滑美觀非常適合工業(yè)焊接的不同需要，它將逐漸

6、取代傳統(tǒng)的焊接方法,,,?半導(dǎo)體激光器泵浦固體激光器(DPSSL)是大功率半導(dǎo)體激 光器應(yīng)用最多的領(lǐng)域。作為泵浦光源，半導(dǎo)體激光器有著 其它光源不可取代的優(yōu)越性。,泵浦光源,?半導(dǎo)體激光器泵浦固體激光器(DPSSL)是大功率半導(dǎo)體激 光器應(yīng)用最多的領(lǐng)域。作為泵浦光源，半導(dǎo)體激光器有著 其它光源不可取代的優(yōu)越性。,泵浦光源,激光光譜學(xué)中的應(yīng)用,1、半導(dǎo)體激光器在激光光譜學(xué)中的優(yōu)勢(shì),⑴具有可調(diào)諧性：這是用于激光光譜學(xué)的半導(dǎo)體激光器的一個(gè)重要

7、的特性，其波長(zhǎng)可通過(guò)改變溫度或改變驅(qū)動(dòng)電流來(lái)調(diào)諧。,⑵具有高靈敏度：如對(duì)于某種氣體只要選擇合適的光譜波段就可測(cè)出低于10-9的濃度。,⑶具有高選擇性：半導(dǎo)體激光器的譜線寬度可限制在多普勒寬度范圍內(nèi),從而可以減少譜線重疊，增加選擇性。,⑷波長(zhǎng)易于調(diào)制：半導(dǎo)體激光器可用調(diào)制技術(shù)能夠減少激光的過(guò)量噪聲。,⑸光譜純度高。通常半導(dǎo)體激光器在測(cè)定譜區(qū)重復(fù)掃描，所記錄的吸收光譜是特定時(shí)間間隔內(nèi)的平均結(jié)果，因而信噪比大為提高。,激光光譜學(xué)中的應(yīng)用,1、

8、半導(dǎo)體激光器在激光光譜學(xué)中的優(yōu)勢(shì),如圖即為“SPECD ILAS V-763-OXY”VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）所探測(cè)的O2吸收光譜（半導(dǎo)體激光器的工作溫度Top=10℃，Iset=4. 6 mA,加32 Hz，10.6 mV的鋸齒波, 256次平均）?？梢钥闯?，通過(guò)改變工作電流很容易地得到O2的兩個(gè)吸收峰，無(wú)模式跳躍。,用760 nmVCSEL激光器測(cè)得O2的吸收峰,激光光譜學(xué)中的應(yīng)用,2、半導(dǎo)體激光器在實(shí)際中的具體應(yīng)用,Ul

9、fGustfsson應(yīng)用半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)采用直接吸收測(cè)量技術(shù)同時(shí)監(jiān)測(cè)了燃燒器中CH4，H2O及O2。該實(shí)驗(yàn)是運(yùn)用基于兩個(gè)近紅外半導(dǎo)體激光器的差頻體系實(shí)現(xiàn)的。,Kai-Uwe Ple-ban利用基于760 nmVCSEL激光器的GM700-1C傳感器快速地測(cè)量了汽車(chē)排氣口氣體流體中的O2濃度。,激光光譜學(xué)中的應(yīng)用,2、半導(dǎo)體激光器在實(shí)際中的具體應(yīng)用,A.ROCCO等人利用在1. 997μm激射的單模DFB半導(dǎo)體激光器光譜儀分別在Na

10、ple附近的Solfatara火山和意大利Eolian archipelago的Vulcano Island監(jiān)測(cè)了火山氣體中的H2O和CO2。所測(cè)得的H2O和CO2濃度的不精確度為1%到3%。,PhilipA.Martin利用近紅外DFB半導(dǎo)體激光器裝置遙感監(jiān)測(cè)了路面上汽車(chē)尾氣中的CO和CO2氣體。該裝置的掃描周期為1s,在1h內(nèi)可測(cè)取3600個(gè)車(chē)輛,效率極高。,大功率半導(dǎo)體激光器在激光醫(yī)療中也具有很重要的應(yīng)用，如激光手術(shù)刀、光能治療、

11、激光針灸、脫毛和除發(fā)。,激光醫(yī)療及美容,高功率半導(dǎo)體激光器在醫(yī)療中的主要應(yīng)用,半導(dǎo)體激光器在醫(yī)療上的應(yīng)用,眼科：眼睛是光的讀出器官，不論是測(cè)定、診斷或治療，激光都能起到重要作用用于治療各種難治性青光眼、硅油注入術(shù)后難治性高眼壓,以及視網(wǎng)膜的光凝和固定等。研究證實(shí)半導(dǎo)體激光能以較低能量穿透鞏膜,被睫狀體組織吸收,并在上皮和基質(zhì)進(jìn)行光凝,使睫狀體無(wú)色素上皮壞死,而房水生成功能隨之抑制或喪失,進(jìn)而降低眼壓。,外科：目前, 已廣泛采用808nm

12、低功率半導(dǎo)體激光器進(jìn)行外科手術(shù)中組織融合的研究。Wolf-deJonge研究發(fā)現(xiàn),半導(dǎo)體激光在焊接血管時(shí)其焊接點(diǎn)平 均破裂壓力與其它常用激光相比居中,但其術(shù)后動(dòng)脈瘤生成概率最低。隨著激光焊接中焊料的不斷發(fā)展,半導(dǎo)體激光組織焊接牢固性也不斷增強(qiáng),在組織融合中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。,半導(dǎo)體激光器在醫(yī)療上的應(yīng)用,牙科：近幾年來(lái), 在美國(guó)由以色列牙醫(yī)發(fā)明的激光無(wú)損傷性牙體美白技術(shù),獲得FDA認(rèn)可,激光牙體美白的方法在美國(guó)獲得普及應(yīng)用。美國(guó)Lase

13、rSmile公司生產(chǎn)的半導(dǎo)體diode激光牙齒美白治療儀能有效改善色澤不良牙體的顏色,尤其對(duì)黃染牙效果顯著,不失為一種安全、簡(jiǎn)便、無(wú)損傷的新方法。,外科針灸理療科：弱激光照射可以刺激局部血液循環(huán)、促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、調(diào)整組織機(jī)能、提高機(jī)體免疫力、緩解痛癥及 促使創(chuàng)傷愈合等。激光針刺與傳統(tǒng)針灸相比,具有無(wú)痛、無(wú)菌、安全、操作簡(jiǎn)便、易控制劑量等優(yōu)點(diǎn),兼有針和灸的雙重作用,在內(nèi)科、外科、牙科、皮膚科、婦產(chǎn)科、中醫(yī)科、耳鼻喉科等領(lǐng)域都越發(fā)引起人們的關(guān)

14、注,正成為一種有效的臨床治療方法。,不同波長(zhǎng)大功率半導(dǎo)體激光器應(yīng)用,(1) 激光雷達(dá)(2) 激光制導(dǎo)(3) 激光測(cè)距及夜視儀(4) 激光引信(5) 通信光源(6) 激光武器模擬(7) 激光瞄準(zhǔn)和告警(8) 激光通信(9) 軍用光纖陀螺,軍事應(yīng)用：,激光雷達(dá)是傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)與現(xiàn)代激光技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。具有極高的角分辨率、距離分辨率、速度分辨率高、測(cè)速范圍廣、能獲得目標(biāo)的多種圖像、抗干擾能力強(qiáng)、比微波雷達(dá)的體積和重量小等激

15、光跟蹤、激光測(cè)速、激光掃描成像、激光多普勒成像等技術(shù)利用直接調(diào)制激光二極管技術(shù)的無(wú)掃描成像雷達(dá)具有極大地軍事應(yīng)用前景。,激光雷達(dá),i,激光制導(dǎo),駕束制導(dǎo)：大功率半導(dǎo)體激光器可作為發(fā)射光源直接用于激光駕束制導(dǎo)導(dǎo)彈。經(jīng)空間編碼的激光光束直接指向目標(biāo)導(dǎo)彈的彈尾接收器接收激光束中的編碼信號(hào)修正導(dǎo)彈的飛行軌跡直至擊中目標(biāo)。激光主動(dòng)制導(dǎo)激光半主動(dòng)制導(dǎo),激光測(cè)距,采用直接調(diào)制的脈沖半導(dǎo)體激光器可用于激光測(cè)距。目前，測(cè)距1公里的半導(dǎo)體激光測(cè)距機(jī)已

16、經(jīng)商品化，測(cè)距精度達(dá)幾厘米。美國(guó)國(guó)際激光系統(tǒng)公司的GRS00型激光測(cè)距機(jī)， 采用GaAs激光器，脈寬40ns，發(fā)射角5mrad，測(cè)距3230m，重量10kg。,激光夜視儀,半導(dǎo)體激光夜視儀和激光夜視監(jiān)測(cè)儀也得到重要應(yīng)用。利用半導(dǎo)體激光器列陣主動(dòng)式夜視儀的光源具有隱蔽性，列陣功率高的特點(diǎn)，可提高監(jiān)測(cè)距離至1km，如配上掃描和圖像顯示裝置，則可成為激光夜視監(jiān)測(cè)儀。用其對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，目標(biāo)的活動(dòng)情況可適時(shí)通過(guò)光纜傳送到指揮所。選擇較長(zhǎng)的合適

17、波長(zhǎng)，可成為全天候監(jiān)測(cè)儀。,半導(dǎo)體激光器是唯一能用于彈上引信的激光器，激光近炸引信可以準(zhǔn)確地確定起爆點(diǎn)，使彈頭適時(shí)起爆，激光發(fā)射裝置與接收裝置均置于彈的頭部。,激光引信,半導(dǎo)體激光器是一種理想光源，具有抗干擾、保密性好等優(yōu)點(diǎn)。激光對(duì)潛通信光源藍(lán)綠光是海水的通信窗口(460～540nm)，穿透深度約300英尺， 潛艇可用藍(lán)綠光和衛(wèi)星或航空母艦進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。倍頻半導(dǎo)體高功率激光器列陣(波長(zhǎng)在920～1080nm)就是一種這樣的光源。,半導(dǎo)體

18、激光通信光源,激光模擬主要是以半導(dǎo)體激光為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的新型軍訓(xùn)和演習(xí)技術(shù)。通過(guò)調(diào)節(jié)激光射束、周期和范圍以達(dá)到模擬任何武器特征的目的。武器模擬主要使用904nm半導(dǎo)體激光器， 用對(duì)眼睛安全的激光器作為戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)的基礎(chǔ)，最初稱(chēng)為激光交戰(zhàn)系統(tǒng)(LES) 。,半導(dǎo)體激光武器模擬,瞄準(zhǔn)具有兩類(lèi)：一類(lèi)以發(fā)射紅外激光的GaAs激光器為基礎(chǔ)，士兵需佩戴夜視鏡才能看清目標(biāo)上的激光光斑，以解決夜間士兵的瞄準(zhǔn)射擊問(wèn)題；另一類(lèi)激光瞄準(zhǔn)以發(fā)射紅色激光和可見(jiàn)光

19、的半導(dǎo)體激光器為基礎(chǔ)。美國(guó)激光裝置公司在20世紀(jì)80年代推出的FA-4型激光瞄準(zhǔn)具的重量?jī)H99g，長(zhǎng)11.4cm。為滿足不同波長(zhǎng)激光和可調(diào)諧激光器的探測(cè)要求，激光告警的工作波段不斷得到拓展，角分辨率也不斷得到提高。新研制的雙波段型激光告警系統(tǒng)覆蓋的波段范圍為0.45～1.65μm，這種設(shè)備已在“豹”型坦克上得到了驗(yàn)證。,半導(dǎo)體激光瞄準(zhǔn)和告警,半導(dǎo)體激光器在衛(wèi)星通信技術(shù)中只需要較小的望遠(yuǎn)鏡和較低的發(fā)射功率，就能實(shí)現(xiàn)光的自由空間傳輸并獲得

20、極高的數(shù)據(jù)率傳輸。激光通信技術(shù)可用于軌道衛(wèi)星間的相互通信及衛(wèi)星與地面站的通信。其中，通信信號(hào)用的是波長(zhǎng)為808nm的GaAlAs激光二極管，輸出功率為60mW，包括42000km的遠(yuǎn)距離傳輸。歐洲航天局已于2001年6月用Ariane5號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射Artemis衛(wèi)星，與法國(guó)空間局合作進(jìn)行半導(dǎo)體激光互連衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)。,半導(dǎo)體激光通信,軍用光纖陀螺是軍用光纖領(lǐng)域中用途最廣，是目標(biāo)監(jiān)測(cè)和測(cè)量方面不可缺少的技術(shù)手段。由光纖繞成環(huán)形光路，采用S

21、agnac干涉原理，檢測(cè)出隨轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的兩路激光束的相位差， 由此得出轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。其主要優(yōu)點(diǎn)是: 無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，儀器牢固，耐沖擊，抗加速運(yùn)動(dòng)；機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；啟動(dòng)時(shí)間極短(原理上可瞬時(shí)啟動(dòng))；靈敏度高，可達(dá)10-7rad/s；動(dòng)態(tài)范圍極寬(約為2000度/秒)；壽命長(zhǎng)等。在軍用民用光纖通信、光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈、制導(dǎo)魚(yú)類(lèi)等方面廣泛應(yīng)用。,軍用光纖陀螺,半導(dǎo)體激光器市場(chǎng)及發(fā)展,全球商用激光器總收入,,總額,,非二極管激光器,,二極管激光器,用于

22、電子行業(yè)和汽車(chē)工業(yè)等制造業(yè)的半導(dǎo)體激光 器表現(xiàn)強(qiáng)勁，2012年的材料加工市場(chǎng)需求將會(huì)適度增長(zhǎng)。,材料加工,用于眼科和外科手術(shù)的激光器仍需求強(qiáng)勁，但美容設(shè)備激光器銷(xiāo)量會(huì)衰退，總體呈上升趨勢(shì)。,醫(yī)療,軍事應(yīng)用,用于基礎(chǔ)研究和軍事方面的激光器仍然有適度增長(zhǎng)，尤其在中紅外對(duì)抗測(cè)距及激光雷達(dá)方面。,主干網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心的光通信需求繼續(xù)增大，尤其是 40G到100G收發(fā)器、光纖到戶和主動(dòng)光纜。在硬盤(pán)上使用激光器將容量提升一至兩代。,通信與光儲(chǔ)存,40

23、5 ?440nm,目前其應(yīng)用主要是低功率應(yīng)用，如405nm波長(zhǎng)在藍(lán)光DVD 中的應(yīng)用。輸出功率幾瓦的半導(dǎo)體激光器可用于以下領(lǐng)域：絲網(wǎng)印刷中的環(huán)氧樹(shù)脂固化 印刷與半導(dǎo)體行業(yè)中的光刻 摻鐠（Pr)晶體和光纖的泵浦,新波長(zhǎng)及其應(yīng)用,630 ?690nm,該波段范圍內(nèi)的低功率產(chǎn)品通常用于指示器和DVD 基于砷化鎵（GaAs)晶體上的銦鎵鋁磷（InGaAlP)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器巴條，能夠?qū)崿F(xiàn)高功率半導(dǎo)體激光器，其在630nm的輸出功率可

24、達(dá)幾瓦，在680nm的輸出功率最 高約達(dá)20W。這些波長(zhǎng)可用于光動(dòng)力治療（PDT)、泵浦摻鉻釔鋁石榴石晶體固體激光器以產(chǎn)生超短脈沖、照明、全息以及顯示 等諸多領(lǐng)域。,新波長(zhǎng)及其應(yīng)用,808 ?976nm,主要用于固體激光器材料的泵浦除了泵浦固體激光器外，半導(dǎo)體激光器還能用于泵浦氣體激光器，這也是一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。半導(dǎo)體激光器能夠泵浦基于銣（泵浦波長(zhǎng)794.8nm)或銫 (泵浦波長(zhǎng)780nm或852nm)的堿性蒸汽激光器。彈道導(dǎo)

25、彈防御系統(tǒng)。,新波長(zhǎng)及其應(yīng)用,1064nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器可取代現(xiàn)有的Nd.YAG激光器。1210nm波長(zhǎng)，其可用于激光輔助吸脂，這種技術(shù)就是所謂的破壞脂肪細(xì)胞，并且同時(shí)收緊皮膚。1320?1380nm (基于InP晶體）波段的半導(dǎo)體激光器已經(jīng)可以用于醫(yī)療領(lǐng)域。1470nm是半導(dǎo)體激光器的一個(gè)常見(jiàn)波長(zhǎng)，其最初主要用于光通信領(lǐng)域，在醫(yī)療設(shè)備制造中用于白色聚合物的塑料焊接；飛機(jī)前方的湍流探測(cè)；泵浦摻鉺晶體，實(shí)現(xiàn)2μm范圍的激光波長(zhǎng)。

26、,新波長(zhǎng)及其應(yīng)用,1550nm和1650nm波長(zhǎng)磷化銦（InP)的半導(dǎo)體激光器。主要用于照明用途或紅外線干擾措施（IRCM)。距離選通激光成像,新波長(zhǎng)及其應(yīng)用,國(guó)內(nèi)，最近幾年高功率、高光束質(zhì)量大功率半導(dǎo)體激光器相關(guān)領(lǐng)域方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是在半導(dǎo)體激光器的核心部件一半導(dǎo)體激光芯片的研制和生產(chǎn)方面，一直受外延生長(zhǎng)技術(shù)、腔面鈍化技術(shù)以及器件制作工藝水平的限制，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體激光器件的功率、壽命方面較之國(guó)外先進(jìn)水平尚有較大差距。隨著L