椭圆光斑半导体激光器EEL


大多数半导体激光器点亮后,我们经常能看到的都是椭圆的光斑,这是因为通常用的半导体激光器是通过边发射的结构发射激光,这类半导体激光器被称为EEL激光器,承当着大部分的小尺寸、低功率激光的应用。

 

椭圆光斑半导体激光器EEL

 

半导体激光器主要分为两类,边发射(EEL)和垂直发射(VCSEL),它们的区别如下:
1、一种是边发射激光器(EEL),发射椭圆光斑,制作工艺繁琐,成本较高,经过鲍威尔等一字线透镜整形后,有较细的一字线宽度,能实现高要求的机器视觉检测精度。
2、另一种是垂直发射激光器(VCSEL),发射正圆光斑,制作工艺相对简单,制造成本比EEL更低,不需要准直也能很好的满足瞄准使用,但相对生成一字线光斑后较粗,不容易满足高要求的机器视觉检测,但在扫地机等低要求场景,一直是热门选择光源。

半导体激光器的工作原理是基于自发辐射理论和受激辐射理论,通过半导体材料内部的电子与空穴的复合释放光子,从而产生激光。其工作过程中需要满足增益大于损益的条件和有合适的光学谐振腔。

半导体激光器的结构构成中包含了工作物质(半导体材料)、激励能源(电能)、光学谐振腔(半导体材料层间的特殊涂层)。纯的半导体材料是不带电的,半导体激光器的半导体材料是通过掺杂构建的,把半导体材料分为两部分,P区和N区。
P区是通过三价元素(3个电子),和硅(4个电子结合),通过共价键一一结合后,会多出了一个空穴,所以P区是空穴多。N区,五价元素(5个电子),和硅(4个电子结合),多出了一个电子,所有N区自由电子多。激光产生在PN结,也就是P区和N区相交处,感兴趣可以深入区探索一下相关文献。

 

椭圆光斑半导体激光器EEL
半导体激光器的应用:
1、材料加工: 在某些需要特殊形状的激光加工过程中,半导体激光器可以提供更灵活的加工方式,满足特定的切割、雕刻、打标加工需求,还能提供定位、检测、扫描的机器视觉应用所需要的一字线、平行线、网格、散斑点光斑。
2、医疗设备: 在医疗设备中,半导体激光器可能用于实现特定形状的光斑,用于治疗或诊断的定位、照明目的。
3、科学研究: 在科学实验中,半导体激光器是很好的泵浦激光光源。
4、雷达设备:在避障雷达的应用中,半导体激光器提供了所需的点激光、线激光等激光光斑。