光纤通信时代的半导体激光器

1977年，双异质短波长半导体激光器的连续工作寿命达到了1×10⁶个小时，同年5月，以此为光源的第一代光纤通信系统在美国正式投入使用。随着光通信对信息传输大容量、长中继的发展需求，长波长、长寿命半导体激光器的研制工作也随之展开。

1979年，第二代光纤通信系统时代的来临，更宽的波长范围对半导体激光器提出了更高的要求。早在1976年，林肯实验室成功就研制出了能在室温下连续工作的InGaAsP 激光器（波长为1.1μm）。1977和1979年，美籍华裔科学家谢肇鑫采用液相外延的方法，在室温条件下分别实现1.3μm和1.55μm的InGaAsP激光器的连续受激激发。InGaAsP激光器很好地契合了第二代光纤通信系统损耗窗口的波长范围，长波长、长寿命的半导体激光器也由此成为国际上着重关注的研制对象。到1988年，InGaAsP激光器的连续工作寿命达到了1×10⁵小时，输出功率大为提升，同时临界电流密度也再次降低。

随着行业的发展，第二代光纤通信系统已经无法满足高速发展的通讯需求，长距离、大容量成为光纤通信行业新的方向。此前光纤通信的容量主要受限于激光器多纵模发射的模式，因此单模模式的长波长半导体激光器成了第三代光纤通信系统的研究重点。

为了缩窄半导体激光器的线宽，科学家将光栅技术引入到半导体激光器的制造中，制造出DFB（无腔面分布反馈）半导体激光器。这类激光器线宽非常窄，接近于单色波激光，此外还可以实现较宽的波长调谐范围。这使得 DFB半导体激光器能够实现单纵模发射，大大提升了光纤通信的传输容量。80年代末期，DFB半导体激光器取得一定的成果，大大推动了第三代光纤通信系统的发展。

高功率半导体激光器蓬勃发展

随着量子理论的发展和科学家们对半导体激光器研究的不断深入，1970年便有人提出了超晶格量子阱的概念，并在GaAs半导体上实现了超晶体结构。1975年，科学家利用分子束外延技术成功研制出第一台GaAlAs－GaAs类材料的量子阱激光器。但由于技术不够完善，首台量子阱激光器未能在室温条件下实现连续稳定振荡。随着分子束外延技术不断完善改进，1982年美国贝尔实验室成功研制出临界电流密度为160A/cm²的半导体量子阱激光器，开启了量子阱激光器研究的帷幕。

此后，量子阱激光器的研究方向主要集中于InGaAlP—GaAs、GaAlAs—GaAs和InGaAsP—InP这三类材料上。1986年，应变量子阱的概念被提出，优化了材料内部的价带特性，改良了半导体发光器件的性能。1997年，高功率、长波长单量子阱激光器成功研制，大功率半导体激光器的实用性得以加强，应用领域大为拓展，半导体激光器迎来蓬勃发展。

我国半导体激光器研究历程

我国激光技术的起步稍晚于国外。在霍尔实验室研制出半导体激光器一年后，中科院半导体所的王守武小组和长春光机所的王乃弘小组先后观察到砷化镓二极管的受激成功现象，开启了中国研究半导体激光器的时代。在特殊时期，我国的科研进展受到一定的阻碍，半导体激光器的研究也一度停滞不前。但在这样的情况下，上光所和半导体所依然克服重重困难，于1970研制出单异质结构半导体激光器。

困难时期结束后，我国半导体激光器的研发驶入快车道，连续实现较多突破，到1999年已实现120mW大功率半导体激光器寿命超越10万小时。千禧年之后，我国半导体激光器的研究工作连续取得突破，相关企业也逐渐增多，半导体激光器产业化之路愈发通畅。