高功率半导体激光器的前沿技术、工业应用及发展前景摘要半导体激光器广泛应用在通讯、计算机和消费电子行业。这些激光器主要应用在需要提供毫瓦级能量的系统中。然而，同时高功率半导体激光器已经达到千瓦级。通过特殊的冷却技术和装备，又如组合光束和组成光束技术，高功率半导体激光器得以实现。这样的系统并不是只作为电子管二极管新的高效率和高可靠性的泵源，同样在材料处理中作为直接的能量。在这项应用中，高功率半导体激光器进入到了工业制造领域。这篇文章描述了半导体激光器技术和应用。德国国家研究计划“标准的半导体激光器工具”（MDS）在5年里集中研究了高功率半导体激光器，给出了关于未来的应用和新颖的应用的想法。除了改进激光束质量，这个项目的目的还有实现灵活的激光束几何形状来配合不同的积木式组合应用。1、绪论早在1962年，就证明了在低温学温度下，在GaAs或者GaAsP激光二极管领域的激光效应，而且一些年后发展到在室温环境下实现AlGaAs/GaAs双异质结构。在当时，无论如何可以肯定的是，在他们只能提供短时间的低能量却又价格昂贵时，没有人能预见到这些激光器能够在激光材料处理中发挥如此重要的作用。然而，通过成功的晶体结构研究，详细的分析失效机理和相当多的制造工艺的改进，激光二极管成功的进入通讯、消费电子和计算机市场。并且占据了惊人的份额：在2000年，总共的半导体激光器市场达到了66亿US$；事实上半导体激光器大约占据了整个激光器的2/3市场。然而，在这么高的数字中，只有1.3%（8500万$）是用在固态激光器的泵埔模块中，0.2%（1130万$）是直接用在材料处理。同样的，如今在整个激光材料处理市场中（13.33亿$），半导体泵埔固态激光器占4.5%，半导体激光器直接应用的占0.9%。然而，由于它们的小尺寸和质量轻的特点，使得它们更容易组合；由于它们的高效率---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---和可靠性，使得它们运行成本低；半导体激光器在作为固态激光器的泵埔光源和作为材料处理的一种新的激光源中获得了广泛的关注。2、半导体激光器的工艺技术2.1半导体激光器的从一个传统的，具有代表性元素组成半导体激光器的PN结中只能得到几个毫瓦的能量。事实上，一个激光二极管是由一些列不同的掺杂质GaAlAs层按照复杂的次序组成。这些掺杂层一般只有几个原子的厚度(如图1所示)。光是从一个大概一个微米的层上发出的。半导体激光器的基本组成有：N结由掺杂质的GaAs组成，在一个杂质含量极端低水平的特殊熔炉中长成。这个结晶再由一个特殊的锯子切割成厚350μm和直径2到3英寸的圆片。通过CVD处理和外延生长产生层结构。通过接触层的沉积作用和构建，这个圆片被划破和小心的分成一个个独立的二极管。然后在边缘处沉积出多层的镜面，这样一个谐振腔就成型了。由于使用最具代表性的元素，只能萃取几个毫瓦的激光。为了增加功率，几个这样的激光器被并排排列或者发射区域面积被延长成一个条纹（如图2所示）。特殊的光振荡区域的形状导致了特殊的光发射特征：在和PN结相同方向上有比较大的发散角（fastaxis）；在另外一个轴向上发散角较小，但是有个宽的放射条纹（如图2所示）。由于电学和光学的原因，这个条纹的宽度只能在2到300μm之间。通过综合这几个原理到一个半导体器件中实现进一步的增加能量，这个器件的尺寸大约为10000μmx1000μmx115μm（如图3a），其中1000μm是谐---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---振腔的长度。在今天的高功率激光器中谐振腔能达到2mm。这个部分被叫着“激光棒”。图3b展示的就是这些激光棒的特殊发射特性。在近场，每个个体发射的激光线可以很容易的辨别。而且很显然，他们发射出不同的能量水平，这是由于半导体材料和复杂结构的制造误差。在远场分布中可以清楚的看出，这束光在快轴方向几乎达到衍射极限而形成高斯分布。然而正相反在慢轴方向，这束光是无规律的发散，更合适的说是光束质量很差。事实上这个就是高功率激光二极管的一个主要局限性。2.2底托和冷却即使这些激光条的光电转换效率能达到40-50%，当能量或者说电流进...