高功率半导体激光器的用途（3分钟看懂大功率半导体激光器！）

作者陈少庭，姜丽媛

一般来说，半导体激光器具有重量轻、调制效率高、体积小的特点，广泛应用于民用、军用、医疗等领域。大功率半导体激光器的研究始于20世纪80年代，从未停止。随着半导体技术和激光技术的不断发展，大功率半导体激光器在功率输出、功率转换和可靠性方面都取得了很大的进步。

1大功率半导体激光器的基本概述

半导体激光器是激光器的一种，主要利用半导体物质来完成相应的激光工作。它通常被称为激光二极管。不同半导体材料之间的激光产生过程存在一些差异。目前，常用的半导体材料包括InP(磷化铟)、CdS(硫化镉)、ZnS(硫化锌)、GaAs(砷化镓)等。根据半导体器件的不同，半导体可分为单异质结、同质结和双异质结。半导体激光器根据输出功率的不同可以分为低功率半导体激光器和高功率半导体激光器。半导体激光器的工作原理是通过激发实现空穴复合在半导体的价带和导带之间产生受激发射。在这个过程中，由激发引起的粒子数反演是非常重要的。

大功率半导体激光器研究现状综述

主要从输出功率、转换效率和可靠性三个方面分析了大功率半导体激光器的研究现状。

2.1输出功率

随着技术的不断发展，大功率半导体激光器在输出功率方面取得了不错的成绩。以这种商用激光器为例。一般商用大功率激光器的波长主要在800-1100nm之间。在输出功率优化方面，发光点数和单管激光器的优化是两个方面。首先，发光点的数量进一步增加。通过优化内部线性阵列和单管模块、重叠阵列、区域阵列等。对于激光器，设计者进一步增加了激光器的发光点数量，进一步增强了激光器的输出功率。在线性光束组合的优化中，增加线性阵列的数量，通过光学元件叠加离散的空间能量(激光)，达到增加发光点的目的。这种方法简单，易操作，应用最广。在重叠光束的优化上，采用叠加整形法(平行板)和重叠光束技术相结合，改变激光加工方式，进一步实现直接激光加工，达到优化输出的目的。

其次，单管激光优化。单管激光器优化是提高半导体激光器输出功率的有效途径之一。设计者通过改变芯片制备、芯片结构、腔面镀膜等技术，进一步优化输出功率(单管激光器)，促进激光器性能的提高。近年来，单管激光器(连续)的输出功率高达25W以上。

2.2转换效率

大功率半导体激光器的性能除了输出效率外，与其转换效率也有很大关系。提高半导体转换效率，减少半导体激光器的废热，无疑可以提高能量利用率，延长激光器的使用寿命。

在半导体转换效率的研究中，各国都以提高转换效率为重点，先设定转换率目标，再通过技术手段进行优化。目前大多数国家对激光转换效率目标设定的研究目标都在80%以上。在转换效率的优化上，研究的焦点一般集中在温度控制上。Alfalight公司对单个大功率半导体激光器在970nm的转换效率(50%)进行了观察和分析，发现转换效率的优化可以从以下几个方面入手：载流子消耗控制，由于载流子溢出，占总消耗的比例比较高，约为8%。量子阱中空穴和电子的复合效应有限，需要进一步控制载流子消耗。从而提高激光器转换效率。消费控制在阈值以下，占比较高，需要

这是半导体激光器可靠性优化的关键之一。与小功率半导体相比，大功率半导体的可靠性优化还有很大的发展空间。高功率半导体激光器由于持续的大电流工作，不得不面临烧孔和灯丝效应等问题。解决这些问题可以有效提高大功率半导体的可靠性。近年来，科研人员通过优化传热结构、改进封装工艺、增大光斑尺寸、提高生长(晶体)质量等措施，进一步提高了大功率半导体的可靠性，延长了大功率半导体的使用寿命，单管最长使用寿命已延长至10万小时以上。

大功率半导体激光器光束质量的探讨

除了输出功率的优化，近年来大功率半导体激光器激光束质量的研究也取得了很大进展，激光束质量得到了进一步的提高。研究人员通过改进加工工艺和芯片结构，加强了对激光束两侧的控制，保证了发射的激光束稳定、单一，提高了激光束的质量。研究人员还利用WBC(外腔反馈光谱合束)技术改进大功率半导体激光器的合束源，进一步提高大功率半导体激光束的质量。首先，半导体单管两侧的模式限制。

Ledentsov等人提出了一种新型的激光器结构，它是基于一种新型的晶体波导(纵向光子)。改变激光器两侧的控制，可以提高激光束两侧机构的控制水平，使激光束聚光更好，改善传统激光芯片光束质量差的现状，更新激光芯片的质量，进一步提高激光束的质量。第二，空间光束合成技术的应用。大功率半导体激光器的研究人员利用空间合束技术来提高激光功率，改善激光单元的光束质量，从而达到提高整体激光光束质量的目的。

4结束语

未来，大功率半导体激光器的应用将进一步深化。通过对高功率的研究，探索高功率半导体激光器的优化方法，促进高功率激光技术的普及和发展。相关研究人员可以从输出功率、转换效率、可靠性、光束质量等方面综合优化技术应用，促进质量提升。