隨著產品種類不斷豐富，半導體激光器在激光加工、3D打印、軍事、醫(yī)療、生命科學等領域得到了大量應用。另外，隨著半導體耦合技術的提升，半導體激光器在切割、焊接、淬火、熔覆等領域也得到了廣泛應用。

　　半導體激光器又稱激光二極管，是用半導體材料作為工作物質的激光器。半導體激光器以半導體材料為增益介質，在各類激光器中擁有最佳的能量轉化效率，同時還具有體積小、重量輕、壽命長、可靠性高、能耗低等優(yōu)點，因此被廣泛應用于激光通信、光存儲、光陀螺、激光打印、測距以及雷達等多個領域。

　　半導體激光器原理

　　半導體激光器常用工作物質有砷化鎵、硫化鎘等，激勵方式有電注入、電子束激勵和光抽運三種方式。

　　半導體激光器主要優(yōu)點是體積小、效率高、能耗低，例如半導體二極管激光器在激光通信、光存儲、光陀螺、激光打印、測距以及雷達等方面已經獲得了廣泛的應用。此外，通常使用半導體激光器作為光纖激光器抽運源。

　　以電注入式半導體激光器為例，半導體材料中通常會添加GaAS(砷化鎵)、InAS(砷化銦)、Insb(銻化銦)等材料制作成半導體面結型二極管，當對二極管注入足夠大的電流后，中間有源區(qū)中電子(帶負電)與空穴(帶正電)會自發(fā)復合并將多余的能量以光子的形式釋放，再經過諧振腔多次反射放大后形成激光。

　　圖1 半導體激光器基本結構

　　半導體激光器特性

　　半導體激光器是以半導體材料為工作物質的一類激光器件。它誕生于1962年，除了具有激光器的共同特點外，還具有以下優(yōu)點：

　　(1) 體積小，重量輕;

　　(2) 驅動功率和電流較低;

　　(3) 效率高、工作壽命長;

　　(4) 可直接電調制;

　　(5) 易于與各種光電子器件實現光電子集成;

　　(6) 與半導體制造技術兼容;可大批量生產。

　　由于這些特點，半導體激光器自問世以來得到了世界各國的廣泛關注與研究。成為世界上發(fā)展最快、應用最廣泛、最早走出實驗室實現商用化且產值最大的一類激光器。

　　半導體激光器的應用

　　01在光電子領域的應用

　　(1)光纖通信。半導體激光器是光纖通信系統的唯一實用化光源，光纖通信已成為當代通信技術的主流。

　　(2)光盤存取。半導體激光已經用于光盤存儲器，其最大優(yōu)點是存儲的聲音、文字和圖像信息量很大。采用藍、綠激光能夠大大提高光盤的存儲密。

　　(3)光譜分析。遠紅外可調諧半導體激光器已經用于環(huán)境氣體分析，監(jiān)測大氣污染、汽車尾氣等。在工業(yè)上可用來監(jiān)測氣相淀積的工藝過程。

　　(4)光信息處理。半導體激光器已經用于光信息系統。表面發(fā)射半導體激光器二維陣列是光并行處理系統的理想光源，將用于計算機和光神經網絡。5)激光微細工。借助于Q開關半導體激光器產生的高能量超短光沖，可對集成電路進行切割、打孔等。

　　(5)激光報警器。半導體激光報警器用途甚廣，包括防盜報警、水位報警、車距報警等。

　　(6)激光打印機。高功率半導體激光器已經用于激光打印機。采用藍、綠激光能夠大大提高打印速度和分辨率。

　　(7)激光條碼掃描器。半導體激光條碼掃描器已經廣泛用于商品的銷售，以及圖書和檔案的管理。

　　(8)高清晰度激光電視。不久的將來，沒有陰極射線管的半導體激光電視機可以投放市場，它利用紅、藍、綠三色激光，估計其耗電量比現有的電視機低20%。

　　02在材料加工上的應用

　　半導體激光器在材料加工上多用于材料的切割和電路板的加工。由于激光器的高穩(wěn)定性和高效能，從而使得其可以輕易的對工業(yè)材料進行精確的切割，并且在高頻電路板的加工上，低波長的紫外激光也有不錯的應用。

　　(1)光纖激光器和固體激光器的泵浦源

　　目前，半導體激光器的最大應用是作為光纖激光器和固體激光器的泵浦源。作為光纖激光器泵源的半導體激光器，提高單元功率能夠從根本上簡化泵浦系統的結構或提高泵浦功率水平。隨著光纖激光器和固體激光器輸出功率越來越高，對半導體泵浦源的功率也提出了更高的要求。

　　(2)金屬切割

　　由于光束質量的限制，傳統半導體激光器難以直接用于金屬切割。近年來，隨著半導體耦合技術的提高以及新型合束技術的逐漸成熟，部分千瓦級以上的光纖輸出的半導體激光器可以滿足切割對光束質量的要求。另外，由于半導體激光器波長的多樣性，短波長的半導體激光器的波長十分接近鋁的波長吸收最大值，在汽車工業(yè)中，大功率半導體激光非常適用于車身的鋁材的焊接。激光輸出功率為2KW至6KW的半導體激光器在汽車工業(yè)生產過程中已廣泛應用。

　　(3)塑料焊接

　　使用中小功率的半導體激光器的激光焊接完善了熱塑性塑料焊接的傳統方法，例如，通過超聲波焊接的方式，可使連接區(qū)域在壓緊前直接塑化。激光可以實現光穿透式的激光焊接，在連接區(qū)域形成均勻的熔體，避免因摩擦產生的起毛現象。半導體激光塑料焊接廣泛使用于汽車行業(yè)的傳感器或塑料箱體的密封焊接，也可應用于木制產品包邊或者加工纖維強化的合成材料。

　　(4)激光熔覆

　　激光熔覆又稱為激光包覆或激光熔敷，是一種表面改性技術，通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結合的添料熔覆層。半導體激光器可用于熔覆工藝，實現減少粉末與集體材料的混合以及更少的熱量輸入，進一步提高熔覆工藝的經濟效益。

　　(5)激光錫焊

　　錫焊是利用低熔點的金屬焊料加熱熔化后，滲入并充填金屬件連接處間隙的焊接方法，焊料常為錫基合金。目前，輸出功率為100W的半導體激光器已在錫焊中的推廣應用。隨著半導體激光器價格的進一步降低、人工成本的不斷提高及智能制造、精密制造的推進，預計激光錫焊未來將逐步替換傳統的烙鐵焊接，得到廣泛的應用。

　　03在軍事上的應用

　　小功率的半導體激光器由于自身體積小，壽命長且易于調制的特點，被廣泛應用于激光制導和激光測距等領域。簡單易行，并且取得了不錯的效果?，F在大功率半導體激光器的發(fā)展，也使其與軍事領域大放異彩，激光雷達和激光模擬以及深海光通信，都得到了極大的發(fā)展。

　　半導體激光器在軍事上的應用主要包括：高能激光武器泵源，大功率半導體激光器合束直接應用;激光制導，使導彈在激光射束中飛行直至摧毀目標，半導體激光制導多用于地-空導彈、空-空導彈、地-地導彈等;激光測距，主要用于反坦克武器以及航空、航天等領域;激光雷達，用于監(jiān)測目標，對來襲目標精確定位以及對直升飛機和巡航導彈的地形跟蹤等。制導和測距等應用以大功率脈沖半導體激光器為主，波長集中在904nm波長附近，近年來基于人眼安全考慮，有向長波長發(fā)展的。