激光技術(shù)已成為現(xiàn)代生活中不可替代的技術(shù)之一，不論是工業(yè)加工、醫(yī)療美容、光纖通信，還是近年來(lái)火熱的無(wú)人駕駛、智能機(jī)器人等，都與激光技術(shù)息息相關(guān)。今天我們主角是半導(dǎo)體激光器，小編將帶大家一起回顧它的發(fā)展歷程及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。
半導(dǎo)體激光器發(fā)展史
從理論發(fā)展到實(shí)驗(yàn)室研制
激光的起源可以追溯到1916年愛(ài)因斯坦發(fā)布的《關(guān)于輻射的量子理論》 一文。愛(ài)因斯坦首次提出受激輻射理論，為日后激光的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。40年后，關(guān)于能否用半導(dǎo)體材料形成激光的話題開(kāi)始被物理學(xué)家注意，艾格瀚等科學(xué)家提出了許多半導(dǎo)體激光器的設(shè)想及可能。
經(jīng)過(guò)幾年的論證與實(shí)驗(yàn)，同質(zhì)結(jié)GaAs半導(dǎo)體激光器于1962問(wèn)世。但由于同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器的臨界電流密度很高，不能在室溫下實(shí)現(xiàn)連續(xù)受激激發(fā)，導(dǎo)致其幾乎沒(méi)有任何實(shí)用性。因此半導(dǎo)體激光器的研究方向指向了“實(shí)現(xiàn)室溫情況下連續(xù)受激激發(fā)”。
為解決臨界電流密度高的問(wèn)題，科學(xué)家們提出了異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器的概念，通過(guò)用不同帶隙的半導(dǎo)體材料薄層組成“結(jié)”，有效地降低了臨界電流密度。1967年，單異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器問(wèn)世。與同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器相比，單異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器臨界電流密度有了大幅度的下降，但仍處在一個(gè)較高的位置，未能實(shí)現(xiàn)室溫條件下的連續(xù)受激激發(fā)的研究目標(biāo)。盡管如此，單異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器的歷史地位也不容輕視，它所使用的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)與液相外延技術(shù)，為接下來(lái)的研究提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
穩(wěn)定激發(fā)、提高壽命，半導(dǎo)體激光器走向?qū)嶋H應(yīng)用
異質(zhì)結(jié)構(gòu)的成功運(yùn)用為科學(xué)家指明了方向。既然單異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器的臨界電流密度仍然偏高，那么雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)效果怎么樣呢？
1969年9月，Leningrad Ioffe研究所發(fā)布了雙異質(zhì)半導(dǎo)體激光器（AlxGa1－xAs－－GaAs）初步的研究成果。1970年初，貝爾實(shí)驗(yàn)室成功降低了雙異質(zhì)半導(dǎo)體激光器的臨界電流密度， 實(shí)現(xiàn)了室溫條件下的連續(xù)受激激發(fā)，宣告雙異質(zhì)半導(dǎo)體激光器面世。同年5月，Leningrad Ioffe研究所也成功實(shí)現(xiàn)雙異質(zhì)半導(dǎo)體激光器在室溫下的連續(xù)受激發(fā)射。
室溫下連續(xù)受激發(fā)射是激光器走向?qū)嵱眯缘牡谝徊?。解決了室溫下可用，就該考慮室溫下耐用的問(wèn)題了，半導(dǎo)體激光器的研究方向也隨之轉(zhuǎn)向“實(shí)現(xiàn)器件的長(zhǎng)壽命與穩(wěn)定性”。
國(guó)際科研人員通過(guò)不斷改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)，逐步提高了半導(dǎo)體激光器的工作壽命，在1977年實(shí)現(xiàn)了雙異質(zhì)短波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器連續(xù)工作1×106個(gè)小時(shí)。此后，美、日等國(guó)就改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)、提高器件穩(wěn)定性、降低損耗等方面展開(kāi)研究，研制出CDH、BH、TJS、CDH等結(jié)構(gòu)的AlGaAs—GaAs激光器，均實(shí)現(xiàn)了溫室下連續(xù)受激激發(fā)及單模化工作。
長(zhǎng)壽命光源的出現(xiàn)，為半導(dǎo)體激光器走向?qū)嶋H應(yīng)用鋪平了道路。研究人員發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)與光纖十分相配，非常適宜用于光纖通信，因此半導(dǎo)體激光器搭上了光纖通信的發(fā)展列車(chē)，在不斷進(jìn)步的同時(shí)也推動(dòng)著光通信行業(yè)的發(fā)展。
