深入了解半导体激光器工作原理、pi特性曲线、应用


半导体激光器也叫激光二极管或简称LD,半导体激光器是激光发射装置,通过受激辐射发光原理,发射出单色的高功率辐射光,输出光的发射角窄,我们看到的是几乎准直的激光光束,能直接调制,就是光的输出强度能跟随信号改变而变化。

半导体激光器

工作原理

半导体激光器发光工作原理是受激辐射,受激辐射原理概况:吸收外来能量(电能、光能)处于高能级的电子,在感应到周围的外来光子,会发射一个和这外来光子一模一样的光子(能量、运动方向、质量...完全一样),由此同方向的光子变多了,这个过程称为光的受激辐射。
 

以上只是原理,而在实际要让半导体激光器工作发光,我们就需要工作物质、外来能量、衬底、反光镜组成半导体激光器结构,我们可以通过以下简单的步骤,模拟得到激光:
 

1、把工作物质固定到衬底上,通过外来能量,刺激工作物质自发辐射发出光,现在的光就是普通的微弱自然光,方向无规律,光强小。也并不是什么物质都可以充当这个发光物质的,感兴趣可以查查都有那些。
 

2、在工作物质的左右两边,分布不止两面放射镜(一个100%反射率,一个95%反射率),这样工作物质自发辐射发射的无规律的光,在左右这两个方向上的光就会被放射镜反射回来不断刺激工作物质产生受激辐射。当光子增加到某个阙值,我们就能看到明显的光在95%反射率的放射镜那边溢出了,当然外边是用金属(铜)封装起来的,不在反射镜方向上的光子在接触到外边封装的金属层,就会以热能的形式损耗了。
 

3、你想想,放射镜对角直线上的光子也会被放射增多,所以出来的光是有一定发散角的,后续我们还可以用准直镜等光学元件对光进行下一步处理。

半导体激光器波长有那些

1、波长193nm~337nm,这是紫外激光的波长范围,肉眼不可见。

2、紫光激光波长为:365-405nm,这是紫光激光的波长范围,肉眼可见。

3、蓝光激光波长为:445nm~488nm,这是蓝光激光的波长范围,肉眼可见。

4、绿光激光波长为:514nm~543nm,这是绿光激光的波长范围,肉眼可见。

5、红光激光波长为:633nm~658nm,这是红外激光的波长范围,肉眼可见。

6、波长780nm~1060nm,这是红外激光的波长范围,肉眼不可见。

半导体激光器和光纤激光器对比
 

1. 原理对比:

半导体激光器通过PN结或荧光材料形成的电子空穴复合过程来产生激光。而光纤激光器则是利用了光纤中心区域掺有钕(Nd)等稀土元素,当电流通过泵浦光纤时,这些稀土离子被激发,从而产生激光。

2. 输出功率对比:
半导体激光器通常输出功率在几千瓦以下,而光纤激光器可以输出更高功率,通常可达几十千瓦。

3. 发射波长对比:
半导体激光器主要发射近红外光,典型波长在800~980nm范围内,而光纤激光器波长可以根据掺杂元素种类不同调制在1060nm、1300nm、1550nm等范围内。

4. 稳定性对比:
半导体激光器的输出功率和波长容易受到温度影响,光纤激光器在这方面表现更加稳定。

5. 成本对比:

半导体激光器通常价格较低,而光纤激光器价格较高。但如果需要输出高功率、高质量的激光,光纤激光器可能会更为经济实惠,因为它们的效率比较高,可以减少运行成本。

半导体激光器泵浦

半导体激光器可以作为其它类型的激光器光泵浦,像光纤激光器、固体激光器、气体激光器等,前面我们说到过,刺激工作物质的外来能量可以是光能,光泵浦是用外界光源刺激工作物质产生受激辐射,因为半导体激光器可以做到尺寸很小,小功率的可做到约1mm的尺寸,所以半导体激光器是理想的光泵浦源。

迷你半导体激光器

半导体激光器的应用

1、通信应用:半导体激光器可用于高速通信领域,如光纤通信、无线通信和数据中心网络等。其中,VCSEL(垂直腔面发射激光器)是最常用于短距通信的半导体激光器之一,其特点是频谱宽度窄,功率低,成本相对较低。

2、医疗应用:半导体激光器可用于医疗器械,如激光手术刀、皮肤美容等。激光手术刀利用高能量密度的激光束进行切割,具有无血、微创的优点,可以用于眼科、口腔科、皮肤科和腹腔镜手术等领域。

3、制造业应用:半导体激光器可用于制造业,如激光切割、激光打标、激光焊接等。激光切割技术可用于金属材料、非金属材料的切割,具有精度高、速度快、产量高等优点。

4、避障应用:半导体激光器可用于扫地机器人、自动驾驶技术中的激光雷达(LIDAR)系统。LIDAR系统可以实现对周围环境的三维成像,是自动驾驶汽车的重要传感器。

5、生物检测应用:半导体激光器可用于生物检测领域,如荧光分析、蛋白质检测等。其高强度和单色性等特点使得其在生物分析中有着广泛的应用。

6、机器视觉应用:常用窄线宽半导体激光器,更细的线激光,传感器捕捉到的像素误差小,实现高精度的扫描、测量,广泛在自动化的生产车间能看到。

还有很多应用,粗略算了下都有100多个,这里就不一一列举了,大家也可以到身边去,发现看看哪些地方有应用半导体激光器。

pi特性曲线
 

半导体激光器pi特性曲线是半导体激光器平均发送光功率(p)与注入电流(i)的曲线坐标图,根据pi特性曲线,我们可以找出阈值电流,还可以计算半导体激光器的斜率效率。

1、了解半导体激光器pi特性测试实验

半导体激光器pi特性测试实验是几乎每个厂家都会有测试,直接要到对应的测试结果报告就好了,如果你想了解半导体激光器pi特性测试实验,还是需要准备一些简单设备,按网上教程跟着操作计算就好了。

2、了解半导体激光器pi特性曲线

了解Pi特新曲线可以作为半导体激光器选型的重要依据,在半导体激光器选型时,应选阈值电流i小的,对应P值小,并没有扭折点,这样的半导体激光器工作功耗小,稳定性高,不易产生光信号失真,对于光通讯有很大影响,也会给像机器视觉或者线激光扫描等用途带来一定影响,能读懂了解半导体激光器pi特性曲线是很有必要的。