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半導體激光器的波長

2024-12-17 16:14:40
閱讀:

半導體激光器檢測機構,找深圳中為檢驗,我司是專業激光產品檢測和認證機構。


半導體激光器的波長(圖1)

 

半導體激光器的組成

 

半導體激光器(Semiconductor Laser),也稱為二極管激光器(Diode Laser),是一種將電能轉換為光能的固態器件。

 

半導體激光器主要由以下幾個關鍵部分組成:

 

1、襯底 (Substrate):

通常是高純度單晶材料,如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等,用于支撐和生長后續的多層結構。

 

2、緩沖層 (Buffer Layer):

位于襯底之上,用來減少襯底與活性區之間的晶格失配,提高晶體質量,從而改善器件性能。

 

3、限制層或波導層 (Confinement or Waveguide Layers):

包括上限制層和下限制層,通常由禁帶寬度較大的材料構成,它們的作用是限制載流子(電子和空穴)在橫向方向上的擴散,并且引導光場集中在有源區內,形成有效的光學波導。

 

4、有源區 (Active Region):

這是產生激光的地方,一般采用量子阱結構(Quantum Well Structure),例如多量子阱(MQW)。當注入電流時,電子從較高能量狀態躍遷到較低能量狀態,釋放出特定波長的光子。有源區的設計決定了輸出激光的波長、功率和其他特性。

 

5、接觸層 (Contact Layers):

分別位于器件的頂部和底部,提供良好的電氣連接以注入電流。頂部接觸層通常較薄以便允許光線通過,而底部接觸層則負責散熱。

 

6、電極 (Electrodes):

用于施加外部電壓,使電流能夠流過器件。正極(陽極)和負極(陰極)分別連接到接觸層。

 

7、反射鏡或端面涂層 (Mirrors or Facet Coatings):

半導體激光器兩端的端面自然形成了法布里-珀羅腔(Fabry-Pérot cavity)的一部分,這些端面可以進行鍍膜處理來調整反射率。一端可能是高反射率(HR)涂層,另一端是部分反射(低反射率, AR 或者 PR)涂層,以實現諧振腔效應并控制激光輸出。

 

8、散熱結構 (Heat Sink):

由于工作過程中會產生熱量,因此需要一個有效的散熱機制來維持適當的溫度,保證激光器穩定運行并延長壽命。

 

9、封裝 (Packaging):

提供機械保護、電氣連接以及熱管理等功能。封裝形式多樣,根據應用需求選擇不同的封裝類型,比如TO封裝、蝶形封裝、C-mount封裝等。

 

半導體激光器的波長

 

半導體激光器的波長是由其有源區材料的帶隙能量決定的,因為激光發射是基于電子從導帶到價帶躍遷時釋放光子的過程。不同材料具有不同的帶隙能量,這直接決定了所發射光子的能量(即波長)。

 

半導體激光器的波長范圍

 

可見光范圍:大約400nm到700nm之間。例如,氮化鎵(GaN)基激光器可以產生藍光(約450nm),而砷化鎵鋁(AlGaAs)激光器則可以產生紅光(約635nm或650nm)。

 

近紅外范圍:700nm至1400nm左右。如銦鎵砷(InGaAs)和磷化銦(InP)基激光器常用于光纖通信,波長通常在1310nm或1550nm。

 

中紅外范圍:1400nm至3000nm。這類激光器適用于特定的傳感應用,如氣體檢測。

 

遠紅外或太赫茲范圍:超過3000nm。某些量子級聯激光器(Quantum Cascade Lasers, QCLs)能夠在這個范圍內工作,用于特殊的研究和工業用途。

 

半導體激光器材料與波長的關系

 

不同的半導體材料或合金組合支持不同波長的激光發射。例如:

砷化鎵(GaAs)及其合金:如AlGaAs、InGaAs等,廣泛應用于可見光到近紅外區域。

氮化物半導體:如GaN、InGaN等,適合于藍光、綠光乃至紫外光激光器。

磷化物半導體:如InP,適用于較長波長的近紅外激光器。

量子級聯激光器(QCLs):使用多層結構來控制能級,可以在中紅外甚至太赫茲頻段內產生激光。

 

半導體激光器波長調諧

 

一些半導體激光器設計允許一定程度上的波長調諧,方法包括但不限于:

溫度調諧:通過改變器件的工作溫度來微調波長。

電流調諧:調整注入電流水平影響有源區內載流子濃度,從而輕微改變波長。

機械應力調諧:施加外部壓力改變晶體結構,進而影響帶隙。

外腔調諧:利用外部光學元件(如可移動反射鏡)構成的外腔結構實現更寬范圍的波長調諧。

 

半導體激光器需要做哪些檢測?

 

半導體激光器涉及到的檢測主要分為兩種檢測,一種是半導體激光器性能檢測,半導體激光器性能檢測主要是檢測激光器的性能參數,比如半導體激光器的波長檢測、半導體激光器的輸出光功率檢測、半導體激光器的譜寬度檢測、半導體激光器的光強分布檢測,半導體激光器的脈沖寬度檢測等等,涉及到多種性能參數的具體檢測。

 

除了半導體激光器性能參數檢測,半導體激光器檢測還包括了安全等級檢測,半導體激光器安全等級檢測屬于激光產品的通用型安全檢測,該檢測項目類似電氣產品的電氣安全檢測,具體普遍適用性,半導體激光器安全等級檢測,主要是評估半導體激光器的安全等級,根據檢測數據和檢測標準對半導體激光器的安全做出科學評估。

 

半導體激光器性能檢測屬于自愿性檢測,多用在激光器研發和生產環節,以及產品驗收環節都可能涉及到性能檢測,半導體激光器安全等級檢測,多用于半導體激光器的進出口貿易中,以及產品上市銷售環節。

 

深圳中為檢驗是專業激光檢測機構,擁有多年激光產品檢測和認證經驗,服務企業超過2000余家,累計出具激光檢測報告5000余份,在激光產品檢測和認證領域具有領導型的地位,我司的激光檢測項目實測經驗豐富,專業、高效、可靠。

 

如果您有激光器、激光模組、激光成品需要做檢測和認證,歡迎來電咨詢。

 

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