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光纤激光器和半导体激光器有什么缺点?_半导体激光器的优点

栏目:数码科技

作者:B姐

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时间:2024-02-21 10:09:42

光纤激光器的主要优点是:

(1)转换效率高,激光阈值低。光纤的几何形状具有很低的体积和表面积,再加上在单模状态下激光与泵浦可充分耦合。

(2)器件体积小,灵活。

(3)激光输出谱线多,单色性好,调谐范围宽。并且其性能与光偏振方向无关,器件与光纤的耦合损耗小。

未来光纤激光器的发展趋势主要体现在以下三个方面:

(1)光纤激光器本身性能的提高;如何提高转换效率和输出功率,优化光束质量,缩短增益光纤长度。

(2)扩展新的激光波段,

拓宽激光器的可调谐范围压窄激光谱宽开发极高峰值的超短脉冲(ps和fs量级)高亮度激光器。

(3)进行整机小型化、实用化、智能化的研究。

半导体激光器易与其他半导体器件集成,但性能与光偏振方向有关,器件与光纤的耦合损耗大。

其波长范围宽,制作简单,成本低,易于大量生产。目前其主要应用领域是Gb局域网。在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导和跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面也有广泛应用。

什么是半导体激光器?

1、性质

半导体激光器,又称激光二极管,是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于物质结构上的差异,不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓、硫化镉、磷化铟、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。

固体激光材料:是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离子。

半导体激光器:

固体激光材料:

2、特点

半导体激光器: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。

固体激光器:具有体积小、使用方便、输出功率大的特点。

3、应用

半导体激光器:半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网,850nm波长的半导体激光器适用于)1Gh/。局域网,1300nm -1550nm波长的半导体激光器适用于10Gb局域网系统.半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域。

固体激光器:在军事、加工、医疗和科学研究领域有广泛的用途,常用于测距、跟踪、制导、打孔、切割和焊接、半导体材料退火、电子器件微加工、大气检测、光谱研究、外科和眼科手术、等离子体诊断、脉冲全息照相以及激光核聚变等方面。

百度百科-半导体激光器

百度百科-固体激光器

按激光介质分类,有哪几类激光器,各有什么特征

固态物质中,允许大量电子自由自在地在它里面流动的叫导体;只允许极少数电子通过的叫绝缘体;导电性低于导体又高于绝缘体的叫半导体。激光工作物质采用半导体的激光器叫半导体激光器。尽管半导体本身也是一种固体,而且发光机理就本质上讲与固体激光器没有多大差别。但由于半导体物质结构不同,产生激光的受激辐射跃迁的高能级和低能级分别是“导带”和“价带”,辐射是电子与“空穴”复合的结果,具有其特殊性,所以没有将它列入固体激光器。

半导体激光工作物质有几十种,较为成熟的是砷化镓(GaAs)、掺铝砷化镓等。激励方式有光泵浦、电子轰击、电注入式等。

半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单,因此,特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。有些半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长,即所谓的调谐,可以很方便地对输出光束进行调制;半导体激光器的波长范围为0.32~34微米,较宽广。它能将电能直接转换为激光能,效率已达10%以上。所有这些都使它受到重视,所以发展迅速,目前已广泛应用于激光通信、测距、雷达、模拟、警戒、引燃引爆和自动控制等方面。

半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,比如砷化镓激光,当温度从绝对温度77°K变到室温时,激光波长从0.84变到0.91微米。另外,效率虽高,但因体积小,总功率并不高,室温下连续输出不过几十毫瓦,脉冲输出只有几瓦到几十瓦。光束的发散角,一般在几度到20度之间,所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。

半导体激光器的工作原理

按激光器工作物质的性质分类,大体可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器。

气体激光器:以单一气体、混合气体或蒸气作为激光工作物质。可分为原子激光器、分子激光器和离子激光器三大类。

优点:

1.工作物质均匀一致。保证了激光束光束质量较高,大部分气体激光器产生接近高斯分布的光束模式。激光束的相干性和单色性优于固体、半导体激光器。

2.谱线范围宽。有数百种气体和蒸气可以产生激光,已经观测到的激光谱线近万余条。谱线范围从亚毫米波到真空紫外波段,甚至x射线、γ射线波段。

代表:

He-Ne激光器,Ar离子激光器,二氧化碳激光器等。

固体激光器:以固体物质作为激光工作物质。

优点:

运行方式多样:可连续,可脉冲,可调Q,可锁模;

固体工作物质多、激光谱线广、可实现倍频;

导光系统简单,可用光纤传输;

结构紧凑、价格适宜。

代表:固体红宝石激光器,Nd:YAG激光器,半导体激光器等。

液体激光器较为少见,了解较少。

根据固体的能带理论,半导体材料中电子的能级形成能带。高能量的为导带,低能量的为价带,两带被禁带分开。引入半导体的非平衡电子-空穴对复合时,把释放的能量以发光形式辐射出去,这就是载流子的复合发光。

一般所用的半导体材料有两大类,直接带隙材料和间接带隙材料,其中直接带隙半导体材料如GaAs(砷化镓)比间接带隙半导体材料如Si有高得多的辐射跃迁几率,发光效率也高得多。

半导体复合发光达到受激发射(即产生激光)的必要条件是:

①粒子数反转分布分别从P型侧和n型侧注入到有源区的载流子密度十分高时,占据导带电子态的电子数超过占据价带电子态的电子数,就形成了粒子数反转分布。

②光的谐振腔在半导体激光器中,谐振腔由其两端的镜面组成,称为法布里一珀罗腔。

③高增益用以补偿光损耗。谐振腔的光损耗主要是从反射面向外发射的损耗和介质的光吸收。

半导体激光器是依靠注入载流子工作的,发射激光必须具备三个基本条件:

(1)要产生足够的 粒子数反转分布,即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数;

(2)有一个合适的谐振腔能够起到反馈作用,使受激辐射光子增生,从而产生激光震荡;

(3)要满足一定的阀值条件,以使光子增益等于或大于光子的损耗。

半导体激光器工作原理是激励方式,利用半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发光,用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜,组成谐振腔,使光振荡、反馈,产生光的辐射放大,输出激光。

半导体激光器优点:体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。

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