一、半導(dǎo)體激光器簡介

　　半導(dǎo)體激光器俗稱激光二極管，因為其用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的特性所以被稱為半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器由光纖耦合半導(dǎo)體激光器模塊、合束器件、激光傳能光纜、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及機械結(jié)構(gòu)等構(gòu)成，在電源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的驅(qū)動和監(jiān)控下實現(xiàn)激光輸出。半導(dǎo)體激光器的常用工作物質(zhì)主要有砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。根據(jù)不同的工作物質(zhì)主要有三種激勵方式：電注入，pump式和高能電子束激勵。

　　(1)電注入是半導(dǎo)體激光器，一般由GaAS、CdS、InP、ZnS等工作物質(zhì)作為主要材料，制成半導(dǎo)體面結(jié)型二極管，在受到電注入時，沿著正向偏壓注入的電流，對工作物質(zhì)進行激勵，從而在節(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。

　　(2)Punp式激光器，一般由晶體中摻入受主雜的的以空穴為載流子的鍺單晶(P型半導(dǎo)體單晶)或以電子為載流子的鍺單晶(N型半導(dǎo)體單晶)作為工作物質(zhì)，并通過其他激光器發(fā)出的激光作pump激勵，從而實現(xiàn)種群反演。

　　(3)高能電子束激勵式半導(dǎo)體激光器，一般在工作物質(zhì)的選擇上與pump式激光器相似，也是選用半導(dǎo)體鍺單晶，但值得注意的問題是，在P型半導(dǎo)體單晶的選擇上高能電子束激勵式半導(dǎo)體激光器主要以PbS。CbS和ZnO為主。

　　半導(dǎo)體激光器種類較多，根據(jù)其芯片參數(shù)、封裝方式的不同，有多種分類方式。其中，光纖輸出的半導(dǎo)體激光器分類方式主要有以下幾種：

　　圖表1半導(dǎo)體激光器分類

　　二、半導(dǎo)體激光器技術(shù)發(fā)展情況

　　自1962年發(fā)明了世界上第一臺半導(dǎo)體激光器以來，半導(dǎo)體激光器發(fā)生了巨大的變化，極大地推動了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

　　近年來用于信息技術(shù)領(lǐng)域的小功率半導(dǎo)體激光器發(fā)展極快。如用于光纖通信的DFB和動態(tài)單模的激光二極管以及在光盤處理中大量應(yīng)用的可見光波長的激光二極管，甚至是超短脈沖的激光二極管都得到了大幅度的革新性進步。

　　小功率激光二極管其自身還擁有這高集成、高速率以及可調(diào)諧的發(fā)展特征。大型高功率半導(dǎo)體激光器的發(fā)展速度也不斷加快。

　　在上世紀八十年代，獨立的激光二極管的輸出功率已經(jīng)在100mW以上，并達到了39%的轉(zhuǎn)化效率。等到了90年代，美國人又一次將指標(biāo)提高一個新的水平，達到了45%的轉(zhuǎn)化效率，就輸出功率來看，也從W到了KW級的轉(zhuǎn)變。

　　目前各國在研制項目的支持下，半導(dǎo)體激光器的芯片結(jié)構(gòu)、外延生長和器件封裝等激光器技術(shù)均有了長足發(fā)展，單元器件的性能也實現(xiàn)了重大突破：電光轉(zhuǎn)換效率達70%以上，很低的光束發(fā)散角，單巴條連續(xù)輸出功率超過千瓦，采用碳納米(CN)熱沉使激光器的冷卻效率比傳統(tǒng)的半導(dǎo)體巴條安裝技術(shù)可提高30%。100μm條寬單管輸出功率達到24.6W，大功率連續(xù)工作壽命長達數(shù)萬小時。

　　高效能大功率的半導(dǎo)體激光器也迅速發(fā)展為全固化激光器，從而使得LDP固體激光器獲得了全新的發(fā)展機遇和前景。

　　三、半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模

　　半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、壽命長、運轉(zhuǎn)可靠性高、能耗低、電光轉(zhuǎn)換效率高、易于大規(guī)模生產(chǎn)以及價格較低廉等優(yōu)點，在CD激光唱片機、光纖通信、光存儲器、激光打印機等獲得廣泛應(yīng)用，范圍覆蓋了整個光電子學(xué)領(lǐng)域。

　　隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和突破，半導(dǎo)體激光器正向發(fā)射波長更短、發(fā)射功率更大、超小型、長壽命的方向發(fā)展，以滿足各種應(yīng)用的需要，產(chǎn)品種類日益豐富。在激光加工、3D打印、激光雷達、激光測距、軍事、醫(yī)療和生命科學(xué)等方面也得到了大量應(yīng)用。另外，通過耦合進光纖進行傳輸，大功率直接半導(dǎo)體激光器在切割和焊接領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

　　目前，全球半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模較大，從2012年的35.4億美元增加值至2017年的53.1億美元，年復(fù)合增長率為8.4%。

　　圖表2 2012-2017年全球半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模及增長率(單位：億美元)