红外半导体激光材料简介

红外半导体激光材料是指辐射波长位于红外波段的半导体激光材料 。

从0.7μm波段始都属于这一类。如0.78~ 0.85μm的GaAIAs材料，1.3μm、1.5μm等石英光纤通信用的激光器材料。从2.0μm波段开始，直到已获得的最长波段43μm材料分为两类：

(1)GaSb基及InAs基的Ⅲ-V族化合物半导体，其覆盖波段为2~4μm。

(2)IN-VI族铅盐半导体，覆盖3~30μm波段。

因红宝石为三能级系统，故激光阈值较高，但贮能大，所以在激光领域内应用还很普遍。尤其适用于大能量高功率激光器件，作激光探针分析仪，激光对半导体的热处理和长距离测距仪(如地-月测距)等 。

激光，最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，英文名叫做LASER，意思是“受激辐射的光放大”，激光的英文全名(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)已完全表达了制造激光的全过程，1964年我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称激光。

A 方向性：激光器发射的光，是朝一个方向射出，光束的发散角小，接近于理想平行光。B 单色性：激光的光谱宽度非常的小，是几个纳米量级。所以其具有良好的单色性光源。C 亮度高，能量密度大。

半导体激光（Semiconductor laser）在1962年被成功激发，在1970年实现室温下连续输出。后来经过改良，开发出双异质接合型激光及条纹型构造的激光二极管（Laser diode）等，广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器（激光笔），是生产量最大的激光器 。

激光器有固体激光器(如红宝石激光器。将光能转化光能，波长不一样)、气体激光器(如，二氧化碳激光器)、化学激光器(化学能转化为光能)、半导体激光器(电能转化为光能)。激光红外灯属于半导体激光器是利用半导体材料，在空穴和电子复合的过程中电子能级的降低而释放出光子来产生光能的，然后光子在谐振腔间产生谐振规范光子的传播方向而形成激光。

半导体激光器的尺寸小，激光器的尺寸在毫米量级，发光芯片在百微米量级；半导体激光器电能到光能的转化效率高，电光转换效率至少80%， LED灯电光转换率最高只能达到20% 。2100433B

遮光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料。它广泛应用于各类型固体激光光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。由基质玻璃和激活离子两部分组成。遮光玻璃各种物理化学性质主要由基质玻璃决定，而它的光谱性质则主要由激活离子决定。但是基质玻璃与激活离子彼此间互相作用，所以激活离子对激光玻璃的物理化学性质有一定的影响，而基质玻璃对它的光谱性质的影响有时还是相当重要的。作为激光玻璃的基质玻璃，大多采用光学玻璃，然而并不是任何一种光学玻璃接入任何一种激活离子都适合作遮光玻璃。

中文名

遮光玻璃

外文名

anti-dazzle glass

特点

（1）遮活离子的发光机构中必需有亚稳态，形成三能级或四能纵机构；并要求亚稳态有较长寿命，使粒子数易于积累达到反转。为使激光玻璃有较高的效率和低的振荡值，从能级机构来讲，四能级优于三能级。而当终态能级与基态能级之间能量间隔大于1000厘米-1时，在室温下终态能级几乎是空因此，在室温下泵浦也易于产生粒子数反转。已在玻璃中产生激光的各种激活离子，以Nd3 离子最佳，其为四能级机构，激光跃迁的终态与基态能级的间距约为1950厘米。

（2）遮光玻璃必需有各种适串的光谱性质。其中包括吸收光谱性质，要求在激发光源的辐射光渐内有宽而多的吸收带，高的吸收系数，吸收光谱带与光源的辐射带的峰值尽可能重叠，这样有利于充分利用激发光源的能量；荧光光谱性质，一般要求它的荧光谱带少而窄，这样输出能量不致分散；同时为使吸收的激发光能量尽可能多地转化为激光能量，还要求荧光的量子效率尽可能高，内部的能量损耗尽可能小。

（3）遮光基质玻璃必需有良好的透明度，尤其是对激光波长的吸收应尽可能低。基质玻璃的透明度高，就能使光泵的能量充分地被激活离子所吸收，转化为激光。透明度降低就增加了基质对光泵能量的吸收，而使激光玻璃温度升高，这会带来一系列缺点。光泵的辐射谱带大部分位于可见光及近紫外和红外区域，所以必须选择在该区域透明的材料。在无机玻璃中以氧化物和氟化物玻璃较为适宜。基质玻璃中若含有铁、铜、铅、锰、钻、镍等过渡金属元素的化合物．在近紫外到红外都有强的吸收，会使基质玻璃的透明度下降。在玻璃中引起激光波长吸收的主要来源是杂质。

（4）遮光玻璃必需有良好的光学均匀性。激光玻璃的光学不均匀性使光线通过玻璃后波面变形和产生程差，促使其振荡阈值升良效率降低，发散角增加。

（5）遮光玻璃必需有良好的热光稳定件。激光器工作时由于激活离子的非辐射跃迁损失和基质玻璃的紫外、红外吸收光泵的一部分光能转化为使玻璃温度升高的热能。同时，由于吸热和冷却条件的不同在棒的径向就会出现温度梯度。这些因素除导致激光玻璃的光学均匀性降低而影响激光性能外，甚至会使激光被璃由于热机械性能不好而损坏。

（6）遮光玻璃必需有良好的物理化学性能。除了以上几点要求外，为了便于制造、加工和使用，还要求激光玻璃具有良好的物别化学性能。这包括失透倾向小，化学稳定性高。有一定的机械强度和良好的光照稳定性和热导性等。失透倾向高的玻璃使玻璃制造，尤其是大块玻璃的生产工艺带来困难，并难于得到光学均匀性高的被璃。

通常是指在一定泵浦方式作用下，专门用来实现粒子数反转并产生激光发射或放大作用的光学介质（见激光器）。

红外发射管也称红外线发射二极管，属于发光二极管。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。

红外线发射管也称红外线发射二极管，由红外发光二级管组成发光体。红外发射二级管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830～950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布，为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。其最大的优点是可以完全无红暴，（采用940～950nm波长红外管）或仅有微弱红暴（红暴为有可见红光）和寿命长。

红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/cm2或者mW/m2表示。一般来说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因电流的热耗而上升，使光发射功率下降。红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。

当电压越过正向阈值电压（约1.0V左右）电流开始流动，而且是一很陡直的曲线，表明其工作电流对工作电压十分敏感。因此要求工作电压准确、稳定，否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。辐射功率随环境温度的升高 ( 包括其本身的发热所产生的环境温度升高 ) 会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯，热耗是设计和选择时应注意的问题。

红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方，并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的50[%]的角度称为半强度辐射角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。