半导体激光器是通过半导体中电荷载流子对的辐射再结合产生的。与传统的激光系统相比，它们的效率更高，成本更低，所需的功率也更小，因此成为制造业、医药和能源领域的热门选择。

半导体激光器以半导体增益介质为基础，在传导带高载流子浓度的条件下，由于带间电子转换期间光子的刺激发射而产生。

大多数半导体激光器有带p掺杂和n掺杂半导体接触的电泵浦激光二极管，通过光吸收产生载流子的光泵浦半导体激光器，以及利用带内转换的量子级联激光器。

大多数半导体激光器的主要成分是来自周期表第三和第五组的元素，如镓（Ga）、铝（Al）、铟（In）、磷（P）和砷（As）。

半导体激光器的工作原理

半导体激光器是一个半导体二极管，其活性介质是一个正向偏置的PN结二极管。

当具有过量空穴的p型半导体靠近具有过量电子的n型半导体时，在界面上形成PN结。

当施加正向偏置电压时，分别来自n区和p区的电子和空穴被推入该结。这些空穴和电子相互吸引，当它们发生碰撞时，它们会发出重组辐射。

放出的辐射能量等于材料的能带间隙，也就是传导带和价带之间的能量差。

为什么使用半导体激光器？

半导体激光器由于其独特的光斑尺寸小、单色性、高光密度、直线性和相干性等特点而被应用于各种场合。

此外，半导体激光器使用低电压和恒定电流模式，因此电源故障率低，操作安全，维护成本最低。

半导体激光器的工业应用

半导体激光器是光纤通信系统的唯一有效光源。随着光纤通信的兴起，它们已成为现代通信技术的焦点。

二维阵列表面发射半导体激光器是光学并行处理系统的理想光源，它将在计算机和光学神经网络技术中发挥重要作用。

高功率激光二极管的最新进展也使它们适用于材料加工应用。此外，它们发射各种波长的能力使它们具有多功能性，可用于高端科学应用，如光谱学。

对肿瘤有强烈亲和力的光敏化学品优先聚集在恶性组织中，通过在肿瘤组织中产生活性氧而不伤害健康组织，用半导体激光器进行治疗。

另一个应用是光学镊子，它可以操纵活细胞和染色体，使其在细胞合成刺激、细胞相互作用研究和法医诊断中发挥作用。

半导体激光器的局限性

电子设备中的半导体容易受到静电放电的影响，因此如果电源不稳定和波动，激光器会造成损害。此外，半导体激光器会逐渐老化；它们变得不那么有效，并且使用更多的功率。

激光器的透镜用于光束校正，也会增加其脆弱性，透镜的任何损坏都会使激光器无法使用。

最近的研究和发展

强大的单模半导体激光器
由于伯克利的工程师们开发了一种新型的半导体激光器，现在可以保留单一模式的光，同时保持增加功率和尺寸的能力。

在发表在《自然》杂志上的研究中，研究人员证明了使用具有线性色散的开放式狄拉克电磁腔导致了单模激光，即使在腔体尺寸增加时也能保持。

这项研究意味着激光器可以在不牺牲相干性的情况下为各种应用提供更强大的功能和更长的范围。

高功率分布式反馈布拉格半导体激光器

在《应用科学》上发表的一项研究中，研究人员提出了一种新型的1550纳米分布式反馈布拉格半导体激光器，与传统的1550纳米波段可调谐分布式反馈布拉格激光器相比，可以使用更简单、更便宜的工艺制造。

这种新的激光器不需要高精度光刻技术或二次外延生长方法，可以使用i-line光刻技术生产，从而提高产量并创造稳定的工作条件。

这使得它成为一种更具成本效益、高产量和高效率的激光解决方案，适用于激光测距、LiDAR和空间激光通信的应用。

深紫外半导体激光器在室温下的持续波段放电
名古屋大学的一个研究小组在半导体激光器方面取得了一项突破。该研究小组首次在室温下成功地在深紫外半导体激光器中进行了连续波放电。

这是通过减少以前阻碍激光器中有效电流流动的晶体缺陷而实现的。通过定制激光条纹的侧壁，研究人员可以抑制缺陷，从而实现有效的电流流动和更低的工作功率。

这项研究是朝着各种波长范围内的半导体激光器的发展和实际应用迈出的重要一步。

半导体激光器的未来展望

高功率半导体激光器的进步已经彻底改变了技术行业。这些激光器取代了旧的技术，并由于成本的降低和效率的提高而为新产品铺平了道路。

半导体激光器的应用领域正在扩大，这种趋势将继续下去，以追求成本效益、更高的功率和更短的脉冲激光器。

相关参考资料

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Written by Owais Ali