半导体激光器原理（半导体激光器的基本工作原理）

半导体激光器的基本工作原理 半导体激光器技术是一种基于把激光输出的波长窄化的方法的半导体器件。本文将介绍半导体激光器的基本工作原理。 理解半导体激光器基本原理

1. 物理基础

半导体激光器是一种通过注入电子和空穴形成激发态的载流子来实现的器件。它由多个半导体（通常是GaAs、InP或GaN等）组成。其中，具有不同参杂浓度（且有电极连接）的区域实现了载流子注入和聚集。通过设计这些区域，并利用材料特性和几何形状上的差异，可以控制载流子在器件内部的传输和聚集。

2. 光学基础

当载流子在半导体中移动时，它们会在空穴和电子的复合中发出光子。在均匀化的半导体中，这些光子由于干涉导致相互干扰，并在器件端面发生多重反射。但是，在特定的材料和几何形状下，所有的光可以在同一方向传播，并得到增强。这就是所谓的光放大效应。在光放大区域周围设置反射镜，就可以形成可以谐振的激光输出。

3. 器件结构

为了在半导体内实现激光放大和放射，必须按一定规则把半导体和其他材料层叠起来。这些层从电极、载流子注入区、光放大区到反射反馈区或分布反馈区。因此，半导体激光器通常有较为复杂的结构，包括PN结、差异反型结、MQW结、DFB/DBR结构等。这些结构的设计是业内研发的主要方向之一，目的是提高激光器的性能（如输出功率、功率密度、速度响应等）。 在半导体激光器外部通常有一个光学谐振腔或者耦合器。它负责形成特定的激光输出，滤除其他频率光线和光学噪声等。下图是典型的半导体激光器结构示意图。 由此可见，半导体激光器在基本原理、物理机制、结构设计等方面均有较高的技术门槛。虽然其应用范围广泛、发挥了重要的作用，除了标准器件之外，其设计和制备依然是一个高度的研究热点。随着光生产、测量、通信、医疗等领域的不断深入，对半导体激光器技术的需求和拓展必将持续增长。