半导体激光原理

1. 半导体激光治疗技术的治疗原理

半导体激光治疗仪采用波长为650nm的光波，素有人体黄金波段“生命之光”的美称。主要此激光为近红外波段，可深入组织内部作用于机体，使组织良好的吸收光能量，使疼痛减轻。

2. 以半导体激光器为例说明产生激光的原理和条件

听我娓娓道来。

首先，激光的英文叫Laser light amplification by stimulated emission of radiation. 就是通过受激发射实现光放大。

光通过谐振腔的选模作用和增益介质的放大作用，经过震荡和放大，实现拥有单色性、准直性、相干性非常好的光束，这个就是激光。

激光器有很多种类型，但他的必要组成部分无外乎： 谐振腔、增益介质、泵浦源。
形成激光的一个重要条件是，粒子数反转，就是导带的粒子数密度大于价带（半导体）或高能级的粒子数密度大于低能级（气体或固体），激光的现象就是在这样一种偏离了平衡态的稳态。

半导体激光器比起固体激光器和气体激光器，结构上还是有很大区别的。半导体激光器一般是三层或多层异质结结构，这样由于折射率的的内大外小自然构成了光约束，又由于异质结结构形成的量子井结构（最早的半导体激光器不是量子井结构的，随着MBE的半导体加工技术的应用，单井和多井结构得以实现），对载流子形成了约束，使受激发射大都发生在增益介质的带边，这样就大大提高了激光器的效率。 半导体激光器是电泵浦的，不同于气体激光器或固体激光器的光泵浦。

半导体激光器的工作过程是这样的，由于外加电场的作用，载流子开始移动，由于量子井的存在，载流子开始在量子井中堆积，然后一部分导带的电子会自发跃迁回价带放出一个能量等于带隙宽度（band gap）的光子，这个过程叫自发发射，一部分自发发射的光子会被吸收，再放出两个光子，这个过程叫受激发射，这样自发发射的光子成为了最初的泵浦光，然后不断的发生受激发射，受激发射的光子会在增益介质中不断震荡，不断的使更多的光子受激发射出来，当外加电场强度达到粒子数反转所需强度之后一段时间，便会有稳定的激光输出了。

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这个过程当中有很多很多细节问题，不明白可以问我。

3. 什么是半导体激光器

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。

4. 半导体激光器的工作原理

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。

5. 半导体激光器的工作原理是什么

半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件。.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。武汉三工生产的半导体激光器，采用半导体激光二极管作为泵浦源，端面泵浦光纤耦合，输出功率高，使用寿命长，便于维护，内置散热片风冷保证激光稳定输出，可长时间连续工作。

6. 半导体激光器和激光器的区别

激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。
激光工作物质是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光可携式激光器增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。
激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。

半导体激光器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（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、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。 半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体激光器的分类
（1）异质结构激光器
（2）条形结构激光器
（3）GaAIAs/GaAs激光器
（4）InGaAsP/InP激光器
（5）可见光激光器
（6）远红外激光器
（7）动态单模激光器
（8）分布反馈激光器
（9）量子阱激光器
（10）表面发射激光器
（11）微腔激光器

7. 激光散射原理和半导体激光原理

激光散射技术是指用激光作光源，在入射光方向以外，借检测散射光强度、频移及其角度依赖等而得到粒子重量、尺寸、分布及聚集态结构等信息的方法的统称，有着广阔的用途。就检测纳米材料而言，主要涉及频移及其角度依赖性的检测，这种散射技术又称动态光散射、准弹性光散射及光子相关光谱，分别以测定参数的性质、能量转移的大小及测定方法的原理而得名。

8. 半导体激光的工作原理及特点

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。用半导体专晶体属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。半导体激光器优点是体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。 封装技术 技术介绍 半导体激光器封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而半导体激光器封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作、输出可见光的功能。既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于半导体激光器