激光二極管:從原理特性到多元應(yīng)用的技術(shù)解析

隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，激光二極管是將電能轉(zhuǎn)化為激光能量的核心器件，已然成為現(xiàn)代光通信、精密制造、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域的關(guān)鍵器件。這種小巧而高效的半導(dǎo)體器件，憑借其獨(dú)特的發(fā)光機(jī)制和優(yōu)異的性能，成為光電子時代不可或缺的核心元件。

激光二極管的核心工作原理基于半導(dǎo)體材料的受激輻射效應(yīng)。其內(nèi)部圖如上圖所示，包括四部分，第一部分是激光發(fā)射部分，就是我們常說的LD，這部分的作用是發(fā)射激光；第二部分是光電二極管，用PD表示，兩端通常搭配使用，需要注意的是PD端在使用時，通常搭配激光驅(qū)動器使用，這部分的作用主要是接收，監(jiān)測LD發(fā)出的激光；第三部分是用玻璃蓋片做的鏡頭，其作用是防塵還有諧振腔的用途；第四部分是金屬外殼，主要用于固定、屏蔽外界干擾信號和散熱的作用。

激光二極管是一種可以發(fā)射特定波長激光的半導(dǎo)體器件。由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的pn結(jié)、發(fā)射光的有源層、以及反射光的有涂層的鏡面三部分組成。激光二極管的發(fā)光原理是當(dāng)電流流動時電子和空穴復(fù)合，此時輻射出的光子在有源層內(nèi)被放大，并在諧振器內(nèi)被反射，形成激光。

激光二極管的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)決定其適用場景。

（1）輸出功率

從毫瓦級到瓦級不等，小功率LD 適用于光通信，大功率 LD 可用于材料加工。

（2）波長

不同波長決定了其應(yīng)用領(lǐng)域不同，850nm 和 1310nm的波長適用于使用光纖進(jìn)行通信；650nm的紅光LD，用于激光指示；1064nm紅外LD用于醫(yī)療和工業(yè)加工。

（3）光譜線寬

可反映激光的單色性，線寬越窄，相干性越好，適用于精密測量場景。

（4）調(diào)制速率

決定了數(shù)據(jù)傳輸能力，高速LD 調(diào)制速率可達(dá)數(shù)十吉比特每秒，滿足高速光通信需求。

在實際應(yīng)用中，激光二極管的應(yīng)用遍布多個領(lǐng)域。在光通信領(lǐng)域，作為光纖通信系統(tǒng)的核心光源，搭配跨組運(yùn)放實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)；在工業(yè)制造領(lǐng)域，可用于激光切割、焊接、打標(biāo)等加工工藝，實現(xiàn)產(chǎn)品的精密加工；在醫(yī)療領(lǐng)域，使用不同波長的LD 用于激光手術(shù)、美容治療、生物檢測等場景。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，激光二極管的應(yīng)用越來越廣泛，參數(shù)指標(biāo)也朝著更高功率、更窄線寬、更高可靠性的方向演進(jìn)。激光二極管將在不同領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，持續(xù)推動光電子技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。

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