半導(dǎo)體激光器的發(fā)展
激光技術(shù)作為工業(yè)制造領(lǐng)域的一股核心驅(qū)動(dòng)力量,本身也在不斷向前發(fā)展??偨Y(jié)來(lái)說(shuō),激光器正在向著“更快、更高、更好、更短”這四大方向發(fā)展。
自1962年世界上第一臺(tái)半導(dǎo)體激光器發(fā)明問(wèn)世以來(lái),半導(dǎo)體激光器發(fā)生了巨大的變化,極大地推動(dòng)了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,被認(rèn)為是二十世紀(jì)人類(lèi)最偉大的發(fā)明之一。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)。由于半導(dǎo)體激光器的體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸入能量低、壽命較長(zhǎng)、易于調(diào)制以及價(jià)格較低廉等優(yōu)點(diǎn),使得它在光電子領(lǐng)域中應(yīng)用也是非常廣泛,已受到世界各國(guó)的高度重視。
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。在正向大電流注入下電子不斷地向p區(qū)注入,空穴不斷地向n區(qū)注入。于是,在原來(lái)的pn結(jié)耗盡區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了載流子分布的反轉(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,在一定的條件下發(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。單異質(zhì)結(jié)注入型激光器(SHLD)GaAsP -N 結(jié)的p區(qū)之內(nèi),以此來(lái)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。
從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始,半導(dǎo)體激光器明顯向著兩個(gè)方向發(fā)展,一類(lèi)是以傳遞信息為目的的信息型激光器,另一類(lèi)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(yīng)用的推動(dòng)下,高功率半導(dǎo)體激光器(連續(xù)輸出功率在100mw以上,脈沖輸出功率在5W以上,均可稱(chēng)之謂高功率半導(dǎo)體激光器)。
在 20 世紀(jì)90年代取得了突破性進(jìn)展,其標(biāo)志是半導(dǎo)體激光器的輸出功率顯著增加,國(guó)外千瓦級(jí)的高功率半導(dǎo)體激光器已經(jīng)商品化,國(guó)內(nèi)樣品器件輸出已達(dá)到 600W。
我國(guó)在半導(dǎo)體激光行業(yè)發(fā)展的首要需求是保障國(guó)家戰(zhàn)略安全。半導(dǎo)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(yīng)用于激光雷達(dá)、激光測(cè)距、激光武器、導(dǎo)彈制導(dǎo)、光電對(duì)抗等領(lǐng)域。
從半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)與上下游產(chǎn)業(yè)的關(guān)系來(lái)看,其產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)能力強(qiáng)、先發(fā)效應(yīng)明顯,在產(chǎn)品中的性能比重遠(yuǎn)大于其價(jià)格比重。半導(dǎo)體激光器是系統(tǒng)應(yīng)用的核心競(jìng)爭(zhēng)力,對(duì)器件的功能和可靠性的系統(tǒng)驗(yàn)證又需要長(zhǎng)時(shí)間、大樣本量的閉環(huán)優(yōu)化,試錯(cuò)成本高,形成了較高的“門(mén)檻”。在半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)成熟的這一過(guò)程中,領(lǐng)先者與追趕者的差距被進(jìn)一步拉大。
我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期處于追趕階段,在某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)引領(lǐng)是行業(yè)發(fā)展的迫切需求。從實(shí)際出發(fā),針對(duì)新應(yīng)用,開(kāi)發(fā)新器件,占據(jù)“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”,是實(shí)現(xiàn)超越的有效途徑。