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发信人: oliver (铁皮鼓), 信区: material
标  题: [转载] 半导体激光器
发信站: 听涛站 (Sat Apr  8 09:59:37 2000), 转信

【以下文字转载自 other 讨论区】
【原文由 oliver 所发表】
　

                         半导体激光器

　

半导体激光器是以半导体作为工作物质的一种新型激光器。由它发出
的光束，不仅具有一般激光器所具备的特点，如光电转换效率高，光
束发散角窄，光亮度强，光单色性好以及具有空间相干性等，而且具
有其独特的优点，那就是体积小、重量轻、量子效率高，能直接由电
流注入并进行信号调制，使用寿命长，发射波长可分段或连续调谐，
并由于半导体光学器件与电学器件其基质材料的共容，而导致集成功
能器件的开拓，为其应用开辟了广阔的道路。

半导体激光器应该说是当代高技术若干重要领域如新材料领域、半导
体微电子领域、光电子技术领域、激光技术领域、信息技术领域、技
术领域以及重要基础学科如量子物理激光物理、光学等研究成果精粹
交汇的产物。

半导体激光器从其技术发展走过同质结、异质结、量子阱几个重要阶
段，而量子阱半导体激光器的发展使半导体激光器的各种主要性能得
到全面提高。

正由于半导体激光器的独特功能和优越特性，使之有着极其广泛的应
用。

半导体激光器的发展推动了新型通信技术－－光纤通信的发展。

                             用于DVD光头的半导体激光器

光纤通信是以半导体激光器作为光信号发射器，以光波作为载波，以
光导纤维作为传输介质，以半导体光电探测器作为接收机的一种通信
手段。它具有极其优越的特性：通信容量大(是目前微波通信容量的
1000倍以上)；无中继距离长，如达100公里以上；可抗电磁干扰；光
缆的体积小、重量轻，利于系统小型化；原材料是二氧化硅原料，储
量丰富、价格低廉。目前，光纤通信已被我国和世界发达国家首选为
通信的主干技术。并由此正向全光通信网络化发展，成为一个国家的
信息基础设施。“光纤到户”的设想正在逐渐变为现实。全光网络依
仗于半导体激光器与光波导、调制器及各种无源器件的集成，将使传
输速率大大提高，使多媒体的功能更好地服务于人们的生产和生活。

半导体激光器在信息存储方面的应用已经家喻户晓，深入人心。

自70年代出现的激光声盘是以激光束来取代宝石唱针，使盘片无损的
信号读出成为可能。随着光盘随身听、视盘机以及计算机的CD-ROM
的发展，目前国际上用作信号读出的780nm半导体激光器年需求量在1
亿支以上。近年来数字技术的发展更促使视盘机(VCD)和CD ROM正
在逐渐为新上市的DVD(数字视盘)所取代。这是因为采用650nm红光
半导体激光器作为读出头的DVD和DVD-ROM使盘片单面存储容量
比CD提高7倍达4.7GB，可以单面存储130分钟的电影，或相应容量的
计算机文件。因此，备受用户欢迎。由于激光器的输出光波长越短，
越能提高光盘的存储密度，人们不难想到，要发展更短波长的半导体
激光器，目前，采用GaN基材料的蓝光发光二极管在日本已经大量应
市，使由红、绿、蓝三色发光二极管组成的全色显示屏成为可能。而
且波长420nm的蓝光半导体激光器的研究工作取得重大突破。已能在
室温下连续工作1万小时以上，若不考虑新一代更叠的商业因素，在
2000年前后可望有以蓝光激光器作为读写头的DVD问世。

半导体激光器在医疗中的应用正在逐渐开拓中，尽管激光美容、激光
针灸、激光手术刀等早已临床应用，但半导体激光器将不仅会使其设
备小型、便携化，还将大大提高其设备的性能，它可根据人体不同部
位的光吸收情况自动选定发射波长或者进行多波长综合利用，这些优
越的特性都将会给激光医疗带来更大的市场。

半导体激光器在军事上的应用将更为广泛。过去因为其输出功率低而
受到限制，近几年来，随着大功率半导体激光器的研制成功，以半导
体激光器作为光源的激光器或以半导体激光器泵浦的固体激光器在激
光雷达、激光制导、激光引信以及激光致盲等方面已被广泛应用，在
海湾战争中，以半导体激光器为光源的激光制导所发挥的威力已广为
人知，也使半导体激光器在军事上的应用更加引人注目。

国际上第一支半导体激光器于1962年问世，而中国科学院半导体所、
长春光机所在1963年末也先后独立研究成功。其后，中国科学院半导
体所坚持研究方向，在国家的支持下，在中国科学院的组织下，经过
30多年的努力，自力更生研制出具有优越性能的量子阱激光器，生长
出半导体激光器需要的Ⅲ—Ⅴ族量子阱材料，并为国家培训了大量的
人才，为我国能够加入世界半导体激光器的竞争行列争取了时间。

在国家自然科学基金委员会和中国科学院的支持下，中国科学院半导
体研究所于1991年研制成功半导体量子阱激光器，并荣获中国科学院
科技进步一等奖，宣告中国光电子器件跨上量子阱的新台阶。其后，
在国家863计划的推动下，半导体量子阱激光器的研制工作得到了全面
发展，中国科学院半导体所先后成功地研制出大功率量子阱激光器、
可见光量子阱激光器、短波长量子阱激光器、980nm应变量子阱激光
器、长波长量子阱激光器以及新型的面发射激光器和高速率量子阱分
布反馈激光器，先后得到中国科学院和国家科学进步奖。随后，量子
阱激光器的开发工作在产业部门得以开展，并在通信领域中已得到应
用。近年来，国内的一些大学与研究所也陆续开展了蓝光半导体发光
器件的研究工作，北京大学和半导体所先后实现电注入蓝光发射，特
别是半导体所研制成功了具有自己的知识产权的GaN立方相蓝色电注
入发光，为可解理的蓝光激光器的研制打下了重要基础。

1987年以来，中国科学院半导体研究所由于其雄厚的人才优势和丰硕
的研究成果，在国家计委、国家科委和中国科学院的支持下，先后成
立了国家集成光电子学重点联合实验室(半导体分部)、国家光电子工艺
中心以及光电子器件国家工程研究中心，形成了光电子器件从基础研
究、应用基础研究—技术攻关—成果转化—中试生产一条龙，初步实
现了江泽民同志在视察半导体所时提出的关于光电子器件成果实现就
地转化示范的指示和要求。

半导体激光器是光电子技术应用的心脏，其战略意义在于：如果一个
国家在一代元件上没有足够的投资以实现发展自主能力，就会给外国
竞争者提供进入并占领下几代技术市场的机会。半导体激光器及其相
应配套的光电子器件和技术正形成一个巨大的光电子产业，对国民经
济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到
1998年光电子产业的总产值将达1000亿美元，到2003年将跃升至
2000亿美元。我国幅员辽阔，人口众多，为光纤通信、光信息处理(包
括CD、CVD、DVD、DVDROM及DVDRAN)等应用提供了令
全世界垂涎的广阔市场。目前国际形势趋向缓和但霸权主义和强权政
治仍然威胁着世界的和平和稳定，我们更应注意发展独立自主的国防
力量及其前沿的军用光电子技术。

我国在半导体激光器及相关光电子技术方面是与国际水平差距相对较
小的一个领域，只要贯彻有所为有所不为的方针，狠抓基础创新和高
技术成果转化，加强产业规模的扩展和国内外市场的占有度，有望在
研究上取得突破，在产业上形成规模经济。

目前，关键是要选择好目标，以光信息处理和光通信为应用背景，加
大人力、物力的投入，集中兵力打歼灭战，缩短成果转化的周期，争
取在若干品类的关键器件主要是各类量子阱激光器方面不落后于国际
先进水平，牢固占有国内市场，打入国际市场，为下一个世纪中国的
民族工业奠定坚实的基础，这有着极其深远的历史和现实意义。

(执笔人：王启明等)

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        哦，痛苦谁都能克服，除了正在痛苦的人。
                                                ——Shakespeare

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