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半导体激光器在军事上的运用浅析

导读: 自世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一,近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。

  1. 半导体激光器技术简介

  自世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一,近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。半导体激光器从最初的低温(77K)下运转发展到室温下连续工作,由小功率型向高功率型转变,输出功率由几mW提高到kW级(阵列器件)。激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱(单、多量子阱)等270余种形式。制作方法从扩散法发展到液相外延(LPE)、气相外延(VPE)、分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相淀积(MOCVB)、化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。

  半导体激光器的应用覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制及价格低廉等优点,使得它目前在军事领域中应用非常广泛,它作为一种很有潜力的光源,已受到各国军方的高度重视。以美国为例,美国国防部、宇航局、各军兵种以及国家实验室等20多个部门都在为武器装备研制高功率半导体激光器,使得美国在这一领域处于世界领先地位。

  随着新型半导体材料不断涌现、半导体激光器结构的不断完善和半导体激光器应用的日益开拓,半导体激光器研究也取得了突飞猛进的进展。20世纪80年代开展了半导体激光器阵列的研究,最初主要集中在锁相阵列上,以求获得窄的衍射极限光束。这个工作一直到共振漏波耦合阵列出现才取得突破性进展。后来大功率半导体激光阵列成为目前应用范围最广泛的阵列器件。

  半导体激光列阵以激光条为基本单元,由于输出功率大、工作电流大、损耗热大,所以在器件优化上有一定的技术难点,要兼顾波长、发散角、阈值、效率等参数,因激光条与单元器件的管芯不同,它要求高均匀性、大面积,低缺陷密度的外延材料生长技术。根据量子阱激光器理论,通过对激光器的材料结构进行设计来满足阈值、波长、效率、发散角的要求,通过采用横向隔离技术来解决发光单元之间的干扰。

  近年来,高功率半导体激光器阵列器件也得到了飞速的发展,已推出产品有连续输出功率5W、10W、15W、20W 和30W的激光器阵列。脉冲工作的激光器,峰值输出功率50W、120W、1500W和4800W的阵列也已经商品化。一个4.5cm×9cm的二维阵列,其峰值输出功率为350KW的二维阵列问世。

  美国是半导体激光器泵浦技术开发应用较早、进展最快的国家。日本、英国和德国的西门子公司早在1988-1989年就提供了高功率半导体激光器系列产品用作泵浦光源,目前国外用半导体激光器叠层阵列泵浦Nd;YAG激光器,输出功率达到1000W,预示着在军事装备领域应用的半导体激光技术将产生巨大变革。

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