半導體激光器的發(fā)展歷程及應用現(xiàn)狀

激光技術已成為現(xiàn)代生活中不可替代的技術之一，不論是工業(yè)加工、醫(yī)療美容、光纖通信，還是近年來火熱的無人駕駛、智能機器人等，都與激光技術息息相關。今天我們主角是半導體激光器，小編將帶大家一起回顧它的發(fā)展歷程及應用現(xiàn)狀。

從理論發(fā)展到實驗室研制

激光的起源可以追溯到1916年愛因斯坦發(fā)布的《關于輻射的量子理論》 一文。愛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。40年后，關于能否用半導體材料形成激光的話題開始被物理學家注意，艾格瀚等科學家提出了許多半導體激光器的設想及可能。

經(jīng)過幾年的論證與實驗，同質(zhì)結GaAs半導體激光器于1962問世。但由于同質(zhì)結半導體激光器的臨界電流密度很高，不能在室溫下實現(xiàn)連續(xù)受激激發(fā)，導致其幾乎沒有任何實用性。因此半導體激光器的研究方向指向了“實現(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題，科學家們提出了異質(zhì)結構半導體激光器的概念，通過用不同帶隙的半導體材料薄層組成“結”，有效地降低了臨界電流密度。1967年，單異質(zhì)結半導體激光器問世。與同質(zhì)結半導體激光器相比，單異質(zhì)結半導體激光器臨界電流密度有了大幅度的下降，但仍處在一個較高的位置，未能實現(xiàn)室溫條件下的連續(xù)受激激發(fā)的研究目標。盡管如此，單異質(zhì)結半導體激光器的歷史地位也不容輕視，它所使用的異質(zhì)結結構與液相外延技術，為接下來的研究提供了重要的理論基礎和技術支持。

穩(wěn)定激發(fā)、提高壽命，半導體激光器走向?qū)嶋H應用

異質(zhì)結構的成功運用為科學家指明了方向。既然單異質(zhì)結半導體激光器的臨界電流密度仍然偏高，那么雙異質(zhì)結構效果怎么樣呢？

1969年9月，Leningrad Ioffe研究所發(fā)布了雙異質(zhì)半導體激光器（AlxGa1-xAs－－GaAs）初步的研究成果。1970年初，貝爾實驗室成功降低了雙異質(zhì)半導體激光器的臨界電流密度， 實現(xiàn)了室溫條件下的連續(xù)受激激發(fā)，宣告雙異質(zhì)半導體激光器面世。同年5月，Leningrad Ioffe研究所也成功實現(xiàn)雙異質(zhì)半導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題了，半導體激光器的研究方向也隨之轉(zhuǎn)向“實現(xiàn)器件的長壽命與穩(wěn)定性”。

國際科研人員通過不斷改進器件結構，逐步提高了半導體激光器的工作壽命，在1977年實現(xiàn)了雙異質(zhì)短波長半導體激光器連續(xù)工作1×106個小時。此后，美、日等國就改進器件結構、提高器件穩(wěn)定性、降低損耗等方面展開研究，研制出CDH、BH、TJS、CDH等結構的AlGaAs—GaAs激光器，均實現(xiàn)了溫室下連續(xù)受激激發(fā)及單?；ぷ?。

長壽命光源的出現(xiàn)，為半導體激光器走向?qū)嶋H應用鋪平了道路。研究人員發(fā)現(xiàn)，半導體激光器的波長與光纖*相配，非常適宜用于光纖通信，因此半導體激光器搭上了光纖通信的發(fā)展列車，在不斷進步的同時也推動著光通信行業(yè)的發(fā)展。