半導體激光器期中報告

1、半導體激光器的應(yīng)用,張小興20164208079,半導體激光器的發(fā)展半導體激光器的特性半導體激光器的分類半導體激光器的典型應(yīng)用半導體激光器市場及發(fā)展新波長及其應(yīng)用總結(jié),目錄,半導體激光器的發(fā)展,,,半導體激光器的發(fā)展,,半導體激光器的特性,?轉(zhuǎn)換效率高：>70%。?體積?。?lt;1 mm3?壽命長可達數(shù)十萬小時?輸出波長范圍廣：0.6-1.1um，2?3um?易調(diào)制：直接調(diào)制,?缺點：發(fā)散角大，光束質(zhì)量差,

2、半導體激光器的分類,? 半導體激光器通?？梢园凑?半導體材料，發(fā)射波長，器件的結(jié)構(gòu)，輸出功率進行分類。? 大功率半導體激光器的種類: 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,半導體激光器的典型應(yīng)用,?主要應(yīng)用領(lǐng)域通信與光儲存材料加工泵浦光源光譜學中的應(yīng)用激光醫(yī)療及美容,,光纖通訊領(lǐng)域是半導體激光器應(yīng)用的最大市場1.3μm和1.55μm的InGaAsP/lnP半導體激光器是通訊用半

3、 導體激光器光源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)射機的功率放大、線路放大、再生中繼、接收機的前置放大等。,光通信,? 紅光半導體激光器，目前最大的應(yīng)用 是光信息的存取。如用于CD、VCD、 DVD讀寫光頭、條形碼掃描是目前 最大的市場。? 藍、綠光波段的半導體激光器，高容量信息存儲 全彩色顯示 對潛通信,光信息存儲,材料加工,?激光熔覆>對耐磨性及耐腐蝕性要求較

4、高的金屬零件進行表而熱處理或 局部熔覆,>用半導休激光器光束進行熔覆與表面熱處理的優(yōu)勢,√電光效率高 √材料吸收率高 √使用維護費用低 √光斑形狀為矩形 √光強分布均勻等,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,?半導體激光器在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用汽車工業(yè)精密點焊 熱傳導焊接 管道的軸向焊接?用于薄片金屬焊接的半導體激光器，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，。?大功率半導體激光器焊接的優(yōu)點 熱量輸入低，零件的扭曲變形小 可進行高速焊接，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,,,?半導體激光器泵浦固體激光器(DPSSL)是大功率半導體激 光器應(yīng)用最多的領(lǐng)域。作為泵浦光源，半導體激光器有著 其它光源不可取代的優(yōu)越性。,泵浦光源,?半導體激光器泵浦固體激光器(DPSSL)是大功率半導體激 光器應(yīng)用最多的領(lǐng)域。作為泵浦光源，半導體激光器有著 其它光源不可取代的優(yōu)越性。,泵浦光源,激光光譜學中的應(yīng)用,1、半導體激光器在激光光譜學中的優(yōu)勢,⑴具有可調(diào)諧性：這是用于激光光譜學的半導體激光器的一個重要

7、的特性，其波長可通過改變溫度或改變驅(qū)動電流來調(diào)諧。,⑵具有高靈敏度：如對于某種氣體只要選擇合適的光譜波段就可測出低于10-9的濃度。,⑶具有高選擇性：半導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波長易于調(diào)制：半導體激光器可用調(diào)制技術(shù)能夠減少激光的過量噪聲。,⑸光譜純度高。通常半導體激光器在測定譜區(qū)重復掃描，所記錄的吸收光譜是特定時間間隔內(nèi)的平均結(jié)果，因而信噪比大為提高。,激光光譜學中的應(yīng)用,1、

8、半導體激光器在激光光譜學中的優(yōu)勢,如圖即為“SPECD ILAS V-763-OXY”VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）所探測的O2吸收光譜（半導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?，通過改變工作電流很容易地得到O2的兩個吸收峰，無模式跳躍。,用760 nmVCSEL激光器測得O2的吸收峰,激光光譜學中的應(yīng)用,2、半導體激光器在實際中的具體應(yīng)用,Ul

9、fGustfsson應(yīng)用半導體激光吸收光譜技術(shù)采用直接吸收測量技術(shù)同時監(jiān)測了燃燒器中CH4，H2O及O2。該實驗是運用基于兩個近紅外半導體激光器的差頻體系實現(xiàn)的。,Kai-Uwe Ple-ban利用基于760 nmVCSEL激光器的GM700-1C傳感器快速地測量了汽車排氣口氣體流體中的O2濃度。,激光光譜學中的應(yīng)用,2、半導體激光器在實際中的具體應(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)測了火山氣體中的H2O和CO2。所測得的H2O和CO2濃度的不精確度為1%到3%。,PhilipA.Martin利用近紅外DFB半導體激光器裝置遙感監(jiān)測了路面上汽車尾氣中的CO和CO2氣體。該裝置的掃描周期為1s,在1h內(nèi)可測取3600個車輛,效率極高。,大功率半導體激光器在激光醫(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,高功率半導體激光器在醫(yī)療中的主要應(yīng)用,半導體激光器在醫(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。研究證實半導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)進行光凝,使睫狀體無色素上皮壞死,而房水生成功能隨之抑制或喪失,進而降低眼壓。,外科：目前, 已廣泛采用808nm

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

13、rSmile公司生產(chǎn)的半導體diode激光牙齒美白治療儀能有效改善色澤不良牙體的顏色,尤其對黃染牙效果顯著,不失為一種安全、簡便、無損傷的新方法。,外科針灸理療科：弱激光照射可以刺激局部血液循環(huán)、促進細胞生長、調(diào)整組織機能、提高機體免疫力、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,具有無痛、無菌、安全、操作簡便、易控制劑量等優(yōu)點,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。,不同波長大功率半導體激光器應(yīng)用,(1) 激光雷達(2) 激光制導(3) 激光測距及夜視儀(4) 激光引信(5) 通信光源(6) 激光武器模擬(7) 激光瞄準和告警(8) 激光通信(9) 軍用光纖陀螺,軍事應(yīng)用：,激光雷達是傳統(tǒng)雷達技術(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、測速范圍廣、能獲得目標的多種圖像、抗干擾能力強、比微波雷達的體積和重量小等激

15、光跟蹤、激光測速、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)的無掃描成像雷達具有極大地軍事應(yīng)用前景。,激光雷達,i,激光制導,駕束制導：大功率半導體激光器可作為發(fā)射光源直接用于激光駕束制導導彈。經(jīng)空間編碼的激光光束直接指向目標導彈的彈尾接收器接收激光束中的編碼信號修正導彈的飛行軌跡直至擊中目標。激光主動制導激光半主動制導,激光測距,采用直接調(diào)制的脈沖半導體激光器可用于激光測距。目前，測距1公里的半導體激光測距機已

16、經(jīng)商品化，測距精度達幾厘米。美國國際激光系統(tǒng)公司的GRS00型激光測距機， 采用GaAs激光器，脈寬40ns，發(fā)射角5mrad，測距3230m，重量10kg。,激光夜視儀,半導體激光夜視儀和激光夜視監(jiān)測儀也得到重要應(yīng)用。利用半導體激光器列陣主動式夜視儀的光源具有隱蔽性，列陣功率高的特點，可提高監(jiān)測距離至1km，如配上掃描和圖像顯示裝置，則可成為激光夜視監(jiān)測儀。用其對目標進行監(jiān)測時，目標的活動情況可適時通過光纜傳送到指揮所。選擇較長的合適

17、波長，可成為全天候監(jiān)測儀。,半導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確地確定起爆點，使彈頭適時起爆，激光發(fā)射裝置與接收裝置均置于彈的頭部。,激光引信,半導體激光器是一種理想光源，具有抗干擾、保密性好等優(yōu)點。激光對潛通信光源藍綠光是海水的通信窗口(460～540nm)，穿透深度約300英尺， 潛艇可用藍綠光和衛(wèi)星或航空母艦進行通信聯(lián)絡(luò)。倍頻半導體高功率激光器列陣(波長在920～1080nm)就是一種這樣的光源。,半導體

18、激光通信光源,激光模擬主要是以半導體激光為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新型軍訓和演習技術(shù)。通過調(diào)節(jié)激光射束、周期和范圍以達到模擬任何武器特征的目的。武器模擬主要使用904nm半導體激光器， 用對眼睛安全的激光器作為戰(zhàn)術(shù)訓練系統(tǒng)的基礎(chǔ)，最初稱為激光交戰(zhàn)系統(tǒng)(LES) 。,半導體激光武器模擬,瞄準具有兩類：一類以發(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上的激光光斑，以解決夜間士兵的瞄準射擊問題；另一類激光瞄準以發(fā)射紅色激光和可見光

19、的半導體激光器為基礎(chǔ)。美國激光裝置公司在20世紀80年代推出的FA-4型激光瞄準具的重量僅99g，長11.4cm。為滿足不同波長激光和可調(diào)諧激光器的探測要求，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”型坦克上得到了驗證。,半導體激光瞄準和告警,半導體激光器在衛(wèi)星通信技術(shù)中只需要較小的望遠鏡和較低的發(fā)射功率，就能實現(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，通信信號用的是波長為808nm的GaAlAs激光二極管，輸出功率為60mW，包括42000km的遠距離傳輸。歐洲航天局已于2001年6月用Ariane5號運載火箭發(fā)射Artemis衛(wèi)星，與法國空間局合作進行半導體激光互連衛(wèi)星通信實驗。,半導體激光通信,軍用光纖陀螺是軍用光纖領(lǐng)域中用途最廣，是目標監(jiān)測和測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，檢測出隨轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的兩路激光束的相位差， 由此得出轉(zhuǎn)動的角速度。其主要優(yōu)點是: 無運動部件，儀器牢固，耐沖擊，抗加速運動；機構(gòu)簡單，價格低廉；啟動時間極短(原理上可瞬時啟動)；靈敏度高，可達10-7rad/s；動態(tài)范圍極寬(約為2000度/秒)；壽命長等。在軍用民用光纖通信、光纖制導導彈、制導魚類等方面廣泛應(yīng)用。,軍用光纖陀螺,半導體激光器市場及發(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)和汽車工業(yè)等制造業(yè)的半導體激光 器表現(xiàn)強勁，2012年的材料加工市場需求將會適度增長。,材料加工,用于眼科和外科手術(shù)的激光器仍需求強勁，但美容設(shè)備激光器銷量會衰退，總體呈上升趨勢。,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，尤其在中紅外對抗測距及激光雷達方面。,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、光纖到戶和主動光纜。在硬盤上使用激光器將容量提升一至兩代。,通信與光儲存,40

23、5 ?440nm,目前其應(yīng)用主要是低功率應(yīng)用，如405nm波長在藍光DVD 中的應(yīng)用。輸出功率幾瓦的半導體激光器可用于以下領(lǐng)域：絲網(wǎng)印刷中的環(huán)氧樹脂固化 印刷與半導體行業(yè)中的光刻 摻鐠（Pr)晶體和光纖的泵浦,新波長及其應(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)的半導體激光器巴條，能夠?qū)崿F(xiàn)高功率半導體激光器，其在630nm的輸出功率可

24、達幾瓦，在680nm的輸出功率最 高約達20W。這些波長可用于光動力治療（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，半導體激光器還能用于泵浦氣體激光器，這也是一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域。半導體激光器能夠泵浦基于銣（泵浦波長794.8nm)或銫 (泵浦波長780nm或852nm)的堿性蒸汽激光器。彈道導

25、彈防御系統(tǒng)。,新波長及其應(yīng)用,1064nm波長的半導體激光器可取代現(xiàn)有的Nd.YAG激光器。1210nm波長，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胞，并且同時收緊皮膚。1320?1380nm (基于InP晶體）波段的半導體激光器已經(jīng)可以用于醫(yī)療領(lǐng)域。1470nm是半導體激光器的一個常見波長，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；飛機前方的湍流探測；泵浦摻鉺晶體，實現(xiàn)2μm范圍的激光波長。

26、,新波長及其應(yīng)用,1550nm和1650nm波長磷化銦（InP)的半導體激光器。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,新波長及其應(yīng)用,國內(nèi)，最近幾年高功率、高光束質(zhì)量大功率半導體激光器相關(guān)領(lǐng)域方面也取得了長足的進步，但是在半導體激光器的核心部件一半導體激光芯片的研制和生產(chǎn)方面，一直受外延生長技術(shù)、腔面鈍化技術(shù)以及器件制作工藝水平的限制，國產(chǎn)半導體激光器件的功率、壽命方面較之國外先進水平尚有較大差距。隨著L