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半导体激光器的应用

半导体激光器在机能与功能两方面具有很多独特的特征,它的高经济性是其它激光器所没有的。随着半导体激光器的发展半导体激光器的地位也发生了变化,以前主要是在科学技术研究上与专用的特殊设备上使用激光器,而现在它已是一般实用设备上的器件了。它正广泛地应用于光通信、光信息记忆和处理、光测量、光能利用等方面。

半导体激光器最重要的应用之一是光纤通信,以此应用为重点推动了半导体激光器的开发。初期用 GaAs 激光器完成的通信系统主要是用于短距离通信。为了用于长距离高速传输系统而开发出 InGaAsP 激光器,它的波长是在石英光纤的群速度弥散极小的 1.3μm 波段,以及传输损失极小的1.5μm 波段。长距离高速通信有非常严格的要求,如宽带调制、窄频谱宽度、低噪声、高可靠性等。由于采用了 DFB,DBR 结构及量子阱结构等各种改良方法提高了器件性能,所以达到了实用化水平。为了提高传送容量,在波长多重(WDM )通信方式或相干通信方式中,对器件的性能要求更高了,于是开发出包括波长可变激光器在内的高性能的半导体激光器。对半导体激光放大器和半导体激光器引起的非线性波长变换方面的研究也取得了许多成果。作为未来光纤孤立子传送的光源,皮秒(ps)锁模半导体激光器等的开发和实验也取得了进展。随着多媒体时代的发展,光纤传送网络向家庭使用和低价格化方面发展,确实可以看到光通信用的半导体激光器正在大量普及。另外宇宙光通信和室内自由空间的光信息传送等方面也正在探讨之中。

与光通信并列的另一个重要应用是光盘。与光通信不同的是要求低噪声和稳定性。为了获得高记录密度要求器件短波长化和低价格化。作为 CD 系统的拾音头所用的光源,采用的是 GaAs 激光器,它是最早广泛普及到家庭的激光器。在 DVD 系统里采用的是 AlGaInP 红色半导体激光器,它也已经实用化了。如前节所述,短波激光器的开发也取得了进展。

有关其它光信息处理的应用,如激光打印机、图像扫描器、条形码读出器等方面的应用均已实用化。皮秒领域的超高速处理方面的应用也在积极地研究之中。在光测量和传感器方面,已经应用在红外区域可变波长激光分光测量和环境传感器上,用脉冲激光器和可变波长激光器进行的各种测量已经用到光纤传感器上。光能量应用方面,在光通信系统的光放大器中用 InGaAs 应变量子阱激光器作激励光源,用宽面半导体激光器或阵列半导体激光器作为 YAG 激光器等固体激光器的激励光源,这些应用也已经实用化了。

以半导体激光器为中心的单片集成器件的研究和开发也在积极地进行之中。把激光器和电子元件集成起来的器件称为光电集成电路(opto-e-lectronic integrated circuit,OEIC),把激光器、光调制器、光探测器等光电子元件集成起来的器件称为光集成电路(photonic integrated circuit;PIC),用于光通信系统、计算机的光互连、光测量方面的集成器件很多已经实现了。


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