半導體雷射器優缺點與驅動方式

半導體雷射在1962年被成功激發，在1970年實現室溫下連續輸出。後來經過改良，開發出雙異質接合型雷射及條紋型構造的雷射二極體等，廣泛使用於光纖通信、光碟、雷射印表機、雷射掃描器、雷射指示器（雷射筆），是目前生產量最大的雷射器。

早期的半導體雷射器雷射性能受溫度影響大，光束的發散角也 大 （ 一般在幾度到 20 度之間 ），所以在方向性、單色性和相干性等方 面的性能並不理想。但隨著科學技術的迅速發展，目前半導體雷射器的的性能已經達到很高水平，光束質量也有了很大提高，因此世界上大多數品牌的雷射粒度儀都使用半導體雷射器做為光源，半導體雷射器用作雷射粒度儀的光源時，在控制電路上須採取 恆流和恆溫措施，以保證輸出功率的穩定。

半導體雷射器的優點和缺點

半導體雷射器的優點：

是體積小、重量輕、可靠性高、使用壽命長、功耗低，此外半導體雷射器是採用低電壓恆流供電方式，電源故障率低、使用安全，維修成本低等。因此應用領域日益擴大。目前，半導體雷射器的使用數量居所有雷射器之首，某些重要的應用領域過去常用的其他雷射器，已逐漸為半導體雷射器所取代。它的應用領域包括光存儲、雷射列印、雷射照排、雷射測距、條碼掃描、工業探測、測試測量儀器、雷射顯示、醫療儀器、軍事、安防、野外探測、建築類掃平及標線類儀器、雷射水平尺及各種標線定位等。

半導體雷射器的缺點：

是雷射性能受溫度影響大，光束的發散角較大（一般在幾度到20度之間），所以在方向性、單色性和相干性等方面較差。但隨著科學技術的迅速發展，目前半導體雷射器的的性能已經達到很高的水平，而且光束質量也有了很大的提高。以半導體雷射器為核心的半導體光電子技術在21世紀的信息社會中將取得更大的進展，發揮更大的作用。

半導體雷射器的驅動方式

半導體雷射器的激勵方法通常多採用電流注入形式，當注入電流大於閾值電流Ith時，輻射功率隨電流的增加而迅速地增大。因此，可以通過改變半導體雷射器的注入電流來調整其輸出的光功率。而對半導體雷射器進行控制，通常採用自動控制的方法，它包括恆電流控制（ACC），恆功率控制（APC），電壓恆定控制（AVC）。

在APC工作方式下，採用光電探測器（PD）接收一小部分雷射功率並轉化為監測電流，改監測電流經過測電流經過電流/電壓轉換後，通過APC反饋網絡與設定值比較，從而形成閉環負反饋控制。當雷射輸出功率受溫度等因素影響發生變化時，該負反饋可控制光功率使其穩定不變。

AVC是特定場合下簡單而又遊泳的模式，當要求LD的驅動電壓恆定時，可以採用此模式。

在ACC工作方式中，通過電流採樣反饋為電流驅動單元提供有源控制，從而是電流漂流最小且使LD輸出穩定性最大，與溫度控制配合使用效果更好。

現如今常用的半導體雷射設備工作用恆流源，主要是應用了場效應管的導通特性以及電晶體的對稱連接鏡像恆流原理來實現。要得到穩定的輸出，必須使注入電流穩定，這就要採用恆流源。

導體雷射器工作原理

根據固體的能帶理論，半導體材料中電子的能級形成能帶。高能量的為導帶，低能量的為價帶，兩帶被禁帶分開。引入半導體的非平衡電子-空穴對複合時，把釋放的能量以發光形式輻射出去，這就是載流子的複合發光。

一般所用的半導體材料有兩大類，直接帶隙材料和間接帶隙材料，其中直接帶隙半導體材料如GaAs（砷化鎵）比間接帶隙半導體材料如Si有高得多的輻射躍遷機率，發光效率也高得多。

半導體複合發光達到受激發射（即產生雷射）的必要條件是：

①粒子數反轉分布分別從P型側和n型側注入到有源區的載流子密度十分高時，佔據導帶電子態的電子數超過佔據價帶電子態的電子數，就形成了粒子數反轉分布。

②光的諧振腔在半導體雷射器中，諧振腔由其兩端的鏡面組成，稱為法布裡一珀羅腔。

③高增益用以補償光損耗。諧振腔的光損耗主要是從反射面向外發射的損耗和介質的光吸收

半導體雷射器是依靠注入載流子工作的，發射雷射必須具備三個基本條件：

（1）要產生足夠的 粒子數反轉分布，即高能態粒子數足夠的大於處於低能態的粒子數；

（2）有一個合適的諧振腔能夠起到反饋作用，使受激輻射光子增生，從而產生雷射震蕩；

（3）要滿足一定的閥值條件，以使光子增益等於或大於光子的損耗。

半導體雷射器工作原理是激勵方式，利用半導體物質（即利用電子）在能帶間躍遷發光，用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋，產生光的輻射放大，輸出雷射。

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