
半导体激光器产生于上世纪九十年代初,欧美等几大公司相继生产出可供商用的半导体激光二极管,使激光的实际应用价值发生了革命性的进步。其他种类的激光器由于产生激光的机理过于复杂,使其体积,重量特别大,功耗高等原因,大大限制了激光的应用。而半导体激光器的出现使这些问题迎刃而解。
半导体激光器体积小、重量轻、可靠性高、转换效率高、功耗低、驱动电源简单、能直接调制、结构简单、价格低廉、使用安全、其应用领域非常广泛。如光存储、激光打印、激光照排、激光测距、条码扫描、工业探测、测试测量仪器、激光显示、医疗仪器、军事、安防、野外探测、建筑类扫平及标线类仪器、实验室及教学演示、舞台灯光及激光表演、激光水平尺及各种标线定位等。
半导体激光器的一些独特优点使之非常适合于军事上的应用,如野外测距、q炮等的瞄准、射击模拟系统、致盲、对潜通信制导、引信、安防等。由于可用普通电池驱动,使一些便携式武器设备配置成为可能。
目前已开发出并投放市场的半导体激光器的波段有370nm、390nm、405nm、430nm、480nm、635nm、650nm、670nm、780nm、808nm、850nm、980nm、1310nm、1550nm等,其中1310nm、1550nm主要用于光纤通讯领域。405nm - 670nm为可见光波段,780nm - 1550nm为红外光波段,390nm - 370nm为紫外光波段。
激光安全警示和使用注意事项
激光器是强度很高的光源辐射器件,大功率的激光器可以用于切割焊接金属材料,所以激光对人体,特别是人眼有严重伤害,使用时需特别小心。国际上对激光有统一的分类和统一的安全警示标志,激光器分为四类(Class1~Class4),一类激光器对人是安全的,二类激光器对人有较轻的伤害,三类以上的激光器对人有严重伤害,使用时需特别注意,避免对人眼直射。
3a类激光器是指可见光激光器的出口光功率在1 - 5mw之间,一般认为对人的眼睛是不安全的,暴露在这种激光器的光束下会对眼睛的视网膜造成伤害,因此不能暴露在这种激光器的光束下或直视激光光束。
固态物质中,允许大量电子自由自在地在它里面流动的叫导体;只允许极少数电子通过的叫绝缘体;导电性低于导体又高于绝缘体的叫半导体。激光工作物质采用半导体的激光器叫半导体激光器。尽管半导体本身也是一种固体,而且发光机理就本质上讲与固体激光器没有多大差别。但由于半导体物质结构不同,产生激光的受激辐射跃迁的高能级和低能级分别是“导带”和“价带”,辐射是电子与“空穴”复合的结果,具有其特殊性,所以没有将它列入固体激光器。
半导体激光工作物质有几十种,较为成熟的是砷化镓(GaAs)、掺铝砷化镓等。激励方式有光泵浦、电子轰击、电注入式等。
半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单,因此,特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。有些半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长,即所谓的调谐,可以很方便地对输出光束进行调制;半导体激光器的波长范围为0.32~34微米,较宽广。它能将电能直接转换为激光能,效率已达10%以上。所有这些都使它受到重视,所以发展迅速,目前已广泛应用于激光通信、测距、雷达、模拟、警戒、引燃引爆和自动控制等方面。
半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,比如砷化镓激光,当温度从绝对温度77°K变到室温时,激光波长从0.84变到0.91微米。另外,效率虽高,但因体积小,总功率并不高,室温下连续输出不过几十毫瓦,脉冲输出只有几瓦到几十瓦。光束的发散角,一般在几度到20度之间,所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。
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