半導體激光原理

1. 半導體激光治療技術的治療原理

半導體激光治療儀採用波長為650nm的光波，素有人體黃金波段「生命之光」的美稱。主要此激光為近紅外波段，可深入組織內部作用於機體，使組織良好的吸收光能量，使疼痛減輕。

2. 以半導體激光器為例說明產生激光的原理和條件

聽我娓娓道來。

首先，激光的英文叫Laser light amplification by stimulated emission of radiation. 就是通過受激發射實現光放大。

光通過諧振腔的選模作用和增益介質的放大作用，經過震盪和放大，實現擁有單色性、準直性、相乾性非常好的光束，這個就是激光。

激光器有很多種類型，但他的必要組成部分無外乎： 諧振腔、增益介質、泵浦源。
形成激光的一個重要條件是，粒子數反轉，就是導帶的粒子數密度大於價帶（半導體）或高能級的粒子數密度大於低能級（氣體或固體），激光的現象就是在這樣一種偏離了平衡態的穩態。

半導體激光器比起固體激光器和氣體激光器，結構上還是有很大區別的。半導體激光器一般是三層或多層異質結結構，這樣由於折射率的的內大外小自然構成了光約束，又由於異質結結構形成的量子井結構（最早的半導體激光器不是量子井結構的，隨著MBE的半導體加工技術的應用，單井和多井結構得以實現），對載流子形成了約束，使受激發射大都發生在增益介質的帶邊，這樣就大大提高了激光器的效率。 半導體激光器是電泵浦的，不同於氣體激光器或固體激光器的光泵浦。

半導體激光器的工作過程是這樣的，由於外加電場的作用，載流子開始移動，由於量子井的存在，載流子開始在量子井中堆積，然後一部分導帶的電子會自發躍遷回價帶放出一個能量等於帶隙寬度（band gap）的光子，這個過程叫自發發射，一部分自發發射的光子會被吸收，再放出兩個光子，這個過程叫受激發射，這樣自發發射的光子成為了最初的泵浦光，然後不斷的發生受激發射，受激發射的光子會在增益介質中不斷震盪，不斷的使更多的光子受激發射出來，當外加電場強度達到粒子數反轉所需強度之後一段時間，便會有穩定的激光輸出了。

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這個過程當中有很多很多細節問題，不明白可以問我。

3. 什麼是半導體激光器

固態物質中，允許大量電子自由自在地在它裡面流動的叫導體；只允許極少數電子通過的叫絕緣體；導電性低於導體又高於絕緣體的叫半導體。激光工作物質採用半導體的激光器叫半導體激光器。盡管半導體本身也是一種固體，而且發光機理就本質上講與固體激光器沒有多大差別。但由於半導體物質結構不同，產生激光的受激輻射躍遷的高能級和低能級分別是「導帶」和「價帶」，輻射是電子與「空穴」復合的結果，具有其特殊性，所以沒有將它列入固體激光器。

半導體激光工作物質有幾十種，較為成熟的是砷化鎵（GaAs）、摻鋁砷化鎵等。激勵方式有光泵浦、電子轟擊、電注入式等。

半導體激光器體積小、重量輕、壽命長、結構簡單，因此，特別適於在飛機、軍艦、車輛和宇宙飛船上使用。有些半導體激光器可以通過外加的電場、磁場、溫度、壓力等改變激光的波長，即所謂的調諧，可以很方便地對輸出光束進行調制；半導體激光器的波長范圍為0.32～34微米，較寬廣。它能將電能直接轉換為激光能，效率已達10％以上。所有這些都使它受到重視，所以發展迅速，目前已廣泛應用於激光通信、測距、雷達、模擬、警戒、引燃引爆和自動控制等方面。

半導體激光器最大的缺點是：激光性能受溫度影響大，比如砷化鎵激光，當溫度從絕對溫度77°K變到室溫時，激光波長從0.84變到0.91微米。另外，效率雖高，但因體積小，總功率並不高，室溫下連續輸出不過幾十毫瓦，脈沖輸出只有幾瓦到幾十瓦。光束的發散角，一般在幾度到20度之間，所以在方向性、單色性和相乾性等方面較差。

4. 半導體激光器的工作原理

根據固體的能帶理論，半導體材料中電子的能級形成能帶。高能量的為導帶，低能量的為價帶，兩帶被禁帶分開。引入半導體的非平衡電子-空穴對復合時，把釋放的能量以發光形式輻射出去，這就是載流子的復合發光。
一般所用的半導體材料有兩大類，直接帶隙材料和間接帶隙材料，其中直接帶隙半導體材料如GaAs（砷化鎵）比間接帶隙半導體材料如Si有高得多的輻射躍遷幾率，發光效率也高得多。
半導體復合發光達到受激發射（即產生激光）的必要條件是：①粒子數反轉分布分別從P型側和n型側注入到有源區的載流子密度十分高時，占據導帶電子態的電子數超過占據價帶電子態的電子數，就形成了粒子數反轉分布。②光的諧振腔在半導體激光器中，諧振腔由其兩端的鏡面組成，稱為法布里一珀羅腔。③高增益用以補償光損耗。諧振腔的光損耗主要是從反射面向外發射的損耗和介質的光吸收。
半導體激光器是依靠注入載流子工作的，發射激光必須具備三個基本條件：
（1）要產生足夠的 粒子數反轉分布，即高能態粒子數足夠的大於處於低能態的粒子數；
（2）有一個合適的諧振腔能夠起到反饋作用，使受激輻射光子增生，從而產生激光震盪；
（3）要滿足一定的閥值條件，以使光子增益等於或大於光子的損耗。
半導體激光器工作原理是激勵方式，利用半導體物質（即利用電子）在能帶間躍遷發光，用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振盪、反饋，產生光的輻射放大，輸出激光。
半導體激光器優點：體積小、重量輕、運轉可靠、耗電少、效率高等。

5. 半導體激光器的工作原理是什麼

半導體激光器是以一定的半導體材料做工作物質而產生受激發射作用的器件。.其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶（導帶與價帶）之間，或者半導體物質的能帶與雜質（受主或施主）能級之間，實現非平衡載流子的粒子數反轉，當處於粒子數反轉狀態的大量電子與空穴復合時，便產生受激發射作用。武漢三工生產的半導體激光器，採用半導體激光二極體作為泵浦源，端面泵浦光纖耦合，輸出功率高，使用壽命長，便於維護，內置散熱片風冷保證激光穩定輸出，可長時間連續工作。

6. 半導體激光器和激光器的區別

激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發的物質中放大或振盪發射的器件。
激光工作物質是指用來實現粒子數反轉並產生光的受激輻射放大作用的物質體系，有時也稱為激光可攜式激光器增益媒質，它們可以是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等媒質。
激光工作物質的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉，並使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去；為此，要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。

半導體激光器是用半導體材料作為工作物質的激光器，由於物質結構上的差異，不同種類產生激光的具體過程比較特殊。常用工作物質有砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。 半導體激光器件，可分為同質結、單異質結、雙異質結等幾種。同質結激光器和單異質結激光器室溫時多為脈沖器件，而雙異質結激光器室溫時可實現連續工作。
半導體激光器的分類
（1）異質結構激光器
（2）條形結構激光器
（3）GaAIAs/GaAs激光器
（4）InGaAsP/InP激光器
（5）可見光激光器
（6）遠紅外激光器
（7）動態單模激光器
（8）分布反饋激光器
（9）量子阱激光器
（10）表面發射激光器
（11）微腔激光器

7. 激光散射原理和半導體激光原理

激光散射技術是指用激光作光源，在入射光方向以外，借檢測散射光強度、頻移及其角度依賴等而得到粒子重量、尺寸、分布及聚集態結構等信息的方法的統稱，有著廣闊的用途。就檢測納米材料而言，主要涉及頻移及其角度依賴性的檢測，這種散射技術又稱動態光散射、准彈性光散射及光子相關光譜，分別以測定參數的性質、能量轉移的大小及測定方法的原理而得名。

8. 半導體激光的工作原理及特點

半導體激光器工作原理是激勵方式。利用半導體物質，即利用電子在能帶間躍遷發光。用半導體專晶體屬的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振盪、反饋、產生光的輻射放大，輸出激光。半導體激光器優點是體積小、重量輕、運轉可靠、耗電少、效率高等。 封裝技術 技術介紹 半導體激光器封裝技術大都是在分立器件封裝技術基礎上發展與演變而來的，但卻有很大的特殊性。一般情況下，分立器件的管芯被密封在封裝體內，封裝的作用主要是保護管芯和完成電氣互連。而半導體激光器封裝則是完成輸出電信號，保護管芯正常工作、輸出可見光的功能。既有電參數，又有光參數的設計及技術要求，無法簡單地將分立器件的封裝用於半導體激光器