半导体激光器的发展历程
半导体激光器和晶体二极管一样，都是基于材料的p-n结特性，外观和前者类似。因此，半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管。早期的激光二极管有许多实际限制。例如，它们只能在77K的低温下用微秒脉冲工作。贝尔实验室和列宁格勒(圣彼得堡)的Ioffe物理研究所花了八年多的时间制造出可以在室温下工作的连续设备。然而，可靠的半导体激光器直到20世纪70年代中期才出现。
半导体激光器非常小，最小的有米粒那么大。工作波长取决于激光材料，一般为0.6 ~ 1.55微米。由于各种应用的需要，正在开发更短波长的器件。据报道，采用ⅱ~ⅳ价元素化合物如ZnSe的激光器在低温下已实现了0.46微米的输出，而波长为0.50 ~ 0.51微米的室温连续器件输出功率已达到10 MW以上。但至今没有商业化。
光纤通信是半导体激光器最重要的可预见的应用领域。一方面是世界性的长距离海底光纤通信，另一方面是各种区域性的网络。后者包括高速计算机网络、航电系统、卫生通信网络、高清闭路电视网络等。但就其本身而言，CD播放器是这类设备的最大市场。其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固态激光泵浦源、激光指示和各种医疗应用。
60年代初，半导体激光器是同质结激光器，由一种材料制成的pn结二极管制成。在正的大电流下，电子被连续注入P区，空穴被连续注入N区。所以在原来的pn结耗尽区实现了载流子分布的反转，因为电子的迁移速度比空穴快，在有源区发生辐射和复合，发射荧光，在一定条件下发生激光。半导体激光器发展的第二个阶段是异质结构半导体激光器，由两层带隙不同的半导体材料薄层组成，如GaAs GaAs、GaAlAs。第一种是单异质结构激光器(1969)。单异质结注入激光器(SHLD)利用异质结构提供的势垒将注入的电子限制在GaAsP-N结的P区，从而降低阈值电流密度，其数值比如下。
在1970中，激光波长9000 &: Aring:室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs(砷化镓-镓铝砷)激光器。双异质结激光器(DHL)的诞生使得可用带宽不断拓宽，线宽和调谐性能逐渐提高。它的结构特点是生长一薄层P型和N型材料之间能隙较窄的未掺杂材料，所以注入的载流子被限制在这个区域(有源区)，所以注入较少的电流就可以实现载流子数的反转。在半导体激光器中，双异质结构的电注入GaAs二极管激光器技术成熟，性能良好，应用广泛。
随着异质结激光器的发展，人们认为如果超薄膜(
QWL的构造特征是其活动区由多个或单个势阱组成，宽度约100人。因为势阱的宽度小于材料中电子的德布罗意波的波长，所以产生了量子效应，连续的能带被分裂成子能级。因此，它特别有利于载流子的有效填充，并且所需的激射读取电流特别低。单量子阱和多量子阱主要用于半导体激光器的结构中。单量子阱(SQW)激光器的结构基本上是一种普通双异质结(DH)激光器的有源层厚度小于几十纳米的激光器。通常，具有厚势垒使得相邻势阱中的电子波函数不重叠的周期性结构被称为多量子阱(MQW)。量子阱激光器的单次输出功率现在已经超过了1w，它所承受的功率密度已经达到了l OMW/cm3以上。为了获得更大的输出，因此，当量子阱激光器采用阵列集成结构时，输出功率可以达到100W以上。大功率半导体激光器(尤其是阵列器件)发展迅速，产品推出连续输出功率5 W，10W。20W和30W激光阵列。峰值输出功率为50w的脉冲半导体激光器阵列。120W和1500W也已经商用。A 4。峰值输出功率超过45kW的5cm× 9cm二维阵列和峰值输出功率为350kW的二维阵列也已经过世。自70年代末以来，半导体激光器明显向两个方向发展，一个是用于传输信息的信息激光器，另一个是用于提高光功率的功率激光器。在泵浦固体激光器等应用的带动下，高功率半导体激光器(连续输出功率在100W以上，脉冲输出功率在5W以上，均可称为高功率半导体激光器)在90年代取得突破，标志是半导体激光器输出功率显著提高，国外千瓦级高功率半导体激光器实现商业化，国内样品器件产量已达600W[61]。从拓展激光波段来看，先是红外半导体激光器，然后是670nm红色半导体激光器进入大量应用。接着，650 nm和635 nm波长问世，蓝绿和蓝光半导体激光器相继研制成功。10mw的紫外甚至紫外半导体激光器也在研制中。[a]为适应各种应用而开发的半导体激光器包括可调谐半导体激光器。电子束激励半导体激光器和分布反馈激光器(DFB-LD)、分布布拉格反射激光器(DBR-LD)和集成双波导激光器作为“集成光路”的最佳光源。此外，还有高功率无铝激光器(将半导体激光器中的铝去除，获得输出功率更高、寿命更长、成本更低的灯管)、中红外半导体激光器、量子级联激光器等。可调谐半导体激光器通过外加电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长，可以很容易地调制输出光束。随着光纤通信和集成光路的发展，出现了分布反馈半导体激光器。1991研制成功，完全实现了单纵模运行。它在相干技术领域开辟了巨大的应用前景。它是一种无腔行波激光器。激光振荡由周期结构(或衍射光栅)形成的光耦合提供，反馈不由解理面形成的谐振腔提供。其优点是易于获得单模单频输出，易于与光缆、调制器等耦合。，特别适合作为集成光路的光源。
单极注入的半导体激光器是利用导带(或价带)中次能级之间的热电子光学跃迁来实现激光发射的。自然，为了使子能级或子带存在于导带和价带中，就需要采用量子阱结构。单极注入激光器可以获得大的光功率输出，是一种商效率和超商速度响应的半导体激光器。这也有利于硅基激光器和短波激光器的发展。量子级联激光器的发明大大简化了从中红外到远红外这样一个宽波长范围内产生特定波长激光的方式。它仅使用相同的材料，并且可以根据层的厚度获得上述波长范围内的各种波长的激光。与传统的半导体激光器相比，这种激光器不需要冷却系统。它能在室温下稳定工作。低维(量子线和量子点)激光器的研究也在迅速发展。日本冈山的GaInAsP/Inp长波长量子线(Qw+)激光器实现了Im =6。a，l =37A/cm2，在9OkCW工作条件下量子效率高。许多科研机构正在开发自组装量子点(QD)激光器，QDLD具有很高的密度。高均匀性和高发射功率。由于实际需要，半导体激光器的发展主要集中在降低宽电流密度、延长工作寿命、实现室温连续工作、获得单模、单频、窄线宽以及开发不同激射波长的器件。表面发射激光器(SEL)出现于20世纪90年代。早在1977年，人们就提出了所谓的面发射激光器，并在1979年做出了第一个器件。1987年他们做了光泵浦的780nm面发射激光器10998989989996室温下，面发射激光器实现了亚毫安网络电流，8mW输出功率，11%转换效率[2]至于前面提到的半导体激光器，无论是F-P(法布里-珀罗)腔还是DBR(分布布拉格反射)腔，激光输出都是水平方向的一般称为水平腔结构，都是沿着基板平行方向发光。而面发射激光器通过在芯片上下表面镀反射膜形成垂直的F-P腔，光输出沿垂直于衬底的方向发射。垂直腔面发射半导体激光器(VCSELS)是一种新型的量子阱激光器，具有激射宽度电流低、输出光方向性好、耦合效率高的特点，通过阵列分布可以获得相当强的光功率输出。此外，垂直腔面发射激光器还具有两种不稳定的横向偏振模式，即X模式和Y模式。偏振开关和偏振双稳态的研究已经进入了一个新的阶段。人们可以通过改变光反馈、光电反馈、光注入和注入电流等因素来控制偏振态，在光开关和光逻辑器件领域取得新的进展。90年代末，面发射激光器和垂直腔面发射激光器发展迅速，在超平行光电子学中的许多应用已被考虑。980纳米、850纳米和780纳米的器件已经在光学系统中投入实际使用。垂直腔面发射激光器已经用于千兆以太网的高速网络中。为了满足21世纪宽带信息传输、高速信息处理、大信息存储容量和小型高精度军事装备的需要，半导体激光器的发展趋势主要在高速宽带LD、大功率ID、短波长LD、盆线和量子点激光器、中红外LD等方面，并在这些方面取得了一系列重要成果。