• 半導體激光驅動器的工作原理及應用

    來源:鞍山核心電子技術有限公司 作者:核心電子

      隨著科學技術的飛速發展, 半導體激光器技術己深入到國民經濟和國防建設的各個領域。在遠距離通訊、激光雷達、數字信號的存儲和恢復、激光測距、機器人、全息應用、醫學診斷等方面都有廣泛的應用。但半導體激光器對工作條件要求苛刻, 在不適當的工作或存放條件下, 會造成性能的急劇惡化乃至失效。所以, 使激光器正常工作的激光器驅動電源就顯得尤為重要比。

      一、激光器是利用什么原理制造出來的

      激光的含義是光受激輻射,它是利用某些原子受到激發之后,出現暫時的穩定的激發態,這個激發態由于處在高能級狀態,具有不穩定性,在某種狀態下會發生退激輻射出光子,這就是激光的發生的原理。這里所說的某種狀態就是在一定波長的光子作用,就會使得激發態退激,并且放射出光子,放射出的光子由作用于其他的激發態原子,這樣呈現鏈式的退激,在短暫的時間內放出大量的光子,表觀就體現出光的放大,達到能量密度極大的光束,這就是激光。激光的能量來源于原子的受激時能量的注入,這一定的時間內,產生大量的暫穩態的受激原子,當某個受激原子發生退激時,輻射出來的光子由引起其他的受激原子退激,釋放出更多的光子,這會呈現出幾何級數的受激崩潰性退激,短時間內發生出大量的光子。

      具有發生激光作用的物質稱之為激光介質,按照介質的形態可分為固體、氣體、液體、半導體激光。按照激發能源可分為光致激光、電致激光、化學激光、氣動激光等等,世界上第一臺激光是紅寶石激光。按照上述的劃分它屬于光致的固體激光器,它的能量是通過在紅寶石棒外部的氙氣閃光管提供激發能源,紅寶石內含有的鉻原子是激發原子,激光介質是紅寶石,屬于固體物質。我們常見的氦氖激光器是氣體激光,激光介質是氣體,激發能源是電場。我們常見的光盤驅動器里的激光器是采用半導體作為激光介質的,激發能量是電場,它是屬于半導體固體激光器。軍事上使用的大功率激光,大部分是采用化學能源激發,它就是化學激光器。工業上使用的激光器大多是二氧化碳作為激光介質,電場作為激發能量。一些檢測用的激光器是采用的染料作為激光介質,而大多數是液體形態,光作為激發能量。

      二、半導體激光器工作原理

      半導體激光器工作原理是激勵方式,利用半導體物質(既利用電子)在能帶間躍遷發光,用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡,組成諧振腔,使光振蕩、反饋、產生光的輻射放大,輸出激光。

      半導體激光器特點:半導體激光器激光器優點是體積小,重量輕,運轉可靠,耗電少,效率高等特點。

      半導體激光器是以一定的半導體材料做工作物質而產生受激發射作用的器件.其工作原理是,通過一定的激勵方式,在半導體物質的能帶(導帶與價帶)之間,或者半導體物質的能帶與雜質(受主或施主)能級之間,實現非平衡載流子的粒子數反轉,當處于粒子數反轉狀態的大量電子與空穴復合時,便產生受激發射作用.半導體激光器的激勵方式主要有三種,即電注入式,光泵式和高能電子束激勵式.電注入式半導體激光器,一般是由GaAS(砷化鎵),InAS(砷化銦),Insb(銻化銦)等材料制成的半導體面結型二極管,沿正向偏壓注入電流進行激勵,在結平面區域產生受激發射.光泵式半導體激光器,一般用N型或P型半導體單晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物質,以其他激光器發出的激光作光泵激勵.高能電子束激勵式半導體激光器,一般也是用N型或者P型半導體單晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質,通過由外部注入高能電子束進行激勵.在半導體激光器件中,目前性能較好,應用較廣的是具有雙異質結構的電注入式GaAs二極管激光器.

      三、激光器和半導體激光器的區別

      激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發的物質中放大或振蕩發射的器件。

      激光工作物質是指用來實現粒子數反轉并產生光的受激輻射放大作用的物質體系,有時也稱為激光可攜式激光器增益媒質,它們可以是固體(晶體、玻璃)、氣體(原子氣體、離子氣體、分子氣體)、半導體和液體等媒質。

      激光工作物質的主要要求,是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉,并使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去;為此,要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。

      半導體激光器是用半導體材料作為工作物質的激光器,由于物質結構上的差異,不同種類產生激光的具體過程比較特殊。常用工作物質有砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。 半導體激光器件,可分為同質結、單異質結、雙異質結等幾種。同質結激光器和單異質結激光器室溫時多為脈沖器件,而雙異質結激光器室溫時可實現連續工作。

      半導體激光器的分類

      (1)異質結構激光器

      (2)條形結構激光器

      (3)GaAIAs/GaAs激光器

      (4)InGaAsP/InP激光器

      (5)可見光激光器

      (6)遠紅外激光器

      (7)動態單模激光器

      (8)分布反饋激光器

      (9)量子阱激光器

      (10)表面發射激光器

      (11)微腔激光器

      四、半導體激光器的分類及應用有哪些

      半導體激光器的分類有多種方法。按波長分:中遠紅外激光器、近紅外激光器、可見光激光器、紫外激光器等;按結構分:雙異質結激光器、大光腔激光器、分布反饋激光器、垂直腔面發射激光器;按應用領域分:光通信激光器、光存儲激光器、大功率泵浦激光器、引信用脈沖激光器等;按管心組合方式分:單管、陣列(線陣、面陣);按注入電流工作方式分:脈沖、連續、準連續等。

      半導體激光的應用十分廣泛,如激光切割,激光焊接,激光打標,激光打孔,激光雕刻,激光醫療,激光美容,激光顯示,激光全息,激光照排,激光制冷,激光檢測以及激光測量等等。

      近幾年來, 激光器應用更加廣泛, 品質更加優良的半導體激光器驅動電源的研制勢在必行。新型的驅動電源除具備常規驅動器的功能外, 還應該使輸出電流更穩定, 對激光器行更加可靠、有效地保護。使用單片機對激光器驅動電源進行程序化控制, 不僅能夠有效地實現上述功能, 而且使整機操作簡單, 界面友好, 提高了整機的自動化程度。同時, 為激光器驅動電源性能的提高和擴展提供了有利條件。

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