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激光组件与材料

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半导体激光发生器技术及发展历程

导读: 晶体管利用一种称为半导体的材料的特殊性能。电流由运动的电子承载。

  晶体管利用一种称为半导体的材料的特殊性能。电流由运动的电子承载。普通的金属,如铜是电的好导体,因为它们的电子没有紧密的和原子核相连,很容易被一个正电荷吸引。其它的物体,例如橡胶,是绝缘体--电的不良导体--因为它们的电子不能自由运动。半导体,正如它们的名字暗示的那样,处于两者之间,它们通常情况下象绝缘体,但是在某种条件下会导电。

  对半导体的早期研究集中在硅上,但硅本身不能发射激光。1948年贝尔实验室的William Schockley,WalterBrattain 和John Bardeen 发明的晶体管。这一发明推动了对其它半导体裁的研究发展进程。它也为利用半导体中的发射激光奠定了概念性基础。1952年,德国西门子公司的Heinrich Welker 指出周期表第III 和第V 列之间的元素合成的半导体对电子装置有潜在的用途。其中之一,砷化镓或GaAs,它在寻找一种有效的通讯激光中扮演了重要角色。对砷化镓(GaAs)的研究涉及到三个方面的研究:高纯度晶体的叠层成长的研究,对缺陷和掺杂剂(对一种纯物质添加杂质,以改变其性能)的研究以及对热化合物稳定性的影响的分析。有了这些研究成果,通用电器,IBM 和麻省理工大学林肯实验室的研究小组在1962年研制出砷化镓(GaAs)激光发生器。

  但是有一个老问题始终悬而未决:过热。使用单一半导体,(通常是GaAs)的激光发生器效率不是很高。它们仍需大量的电来激发激光作用,而在正常的室温下,这些电很快就使它们过热。只有脉冲操作才有可能避免过热(脉冲操作:电路或设备在能源以脉冲方式提供时的工作方式),可是通过这种工作方式不能通讯传输。科学家们尝试了各种方法来驱热一例如把激光发生器放在其它好的热导体材料上,但是都没成功。然后在1963年,克罗拉多大学的Herbert Kroemer 提出了一种不同的的方式--制造一个由半导体"三明治"组成的激光发生器,即把一个薄薄的活跃层嵌在两条材料不同的板之间。把激光作用限制在薄的活跃层里只需要很少的电流,并会使热输出量保吃持在可控范围之内。

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