引用本文:
丘焕然,刘偲嘉,甘育娇,等. 半导体脉冲激光器发展综述[J]. 光通信技术,2021,45(10):1-6.
丘焕然1,刘偲嘉2,甘育娇2,姜海明1*,朱铮涛1,谢 康1,袁伟超1,唐常钦
(1.广东工业大学 机电工程学院,广州 510006;2.广州市自来水有限公司,广州 510600)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:半导体脉冲激光器的结构、材料、加工工艺和驱动电源特性是其性能的重要影响因素,结合脉冲宽度、输出功率和重复频率等技术指标,综述了半导体脉冲激光器的发展与研究现状,着重介绍了窄脉冲叠加直流偏置法、储能元件的应用、高速开关的级联或阵列、可编程逻辑器件的应用以及器件选型和布局创新这5种驱动电源性能提升方式,并指出目前技术存在的不足。最后,对半导体脉冲激光器的发展趋势进行了展望。
关键词:半导体脉冲激光器;脉冲宽度;输出功率;重复频率;驱动电源
中图分类号:TN365 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)10-0001-06
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.10.001
0 引言
半导体激光器具有体积小、结构简单、功耗低、光/电转换效率高和易于调制等特点,在民用和军用方面有较好的应用前景[1-5]。目前,半导体激光器在通信、测距、加工和医疗等领域应用广泛[6]。随着半导体光电子技术的发展,各行业对半导体激光器的需求愈发强烈,对其性能的要求也越来越高。
半导体激光器的驱动源分连续型驱动和脉冲驱动2种模式。连续型驱动模式一般在激光二极管(LD)的阈值条件附近设置直流偏置,调节驱动电流控制其输出,在此过程中必须为LD增设反馈网络,通过负反馈调节实时控制驱动电流,确保LD稳定地工作;脉冲驱动模式中的驱动源以特定脉宽、频率的信号驱动LD,对于脉冲电流纹波要求不高的场景,一般无需增设上述反馈网络。因此,脉冲驱动模式更具发展潜力。在脉冲驱动模式下,由于驱动过程中只在PN结产生微弱的热效应,故在半导体激光器输出功率较低的情况下可以不为其增设温控系统。与连续驱动模式相比,脉冲驱动模式下的LD能承受的脉冲信号幅值较高,导致LD输出光束的能量强度较大[1]。因此,研制具有较高技术指标要求(如研制脉冲参数、输出功率和重复频率等)的窄脉冲半导体激光器具有重要的意义。本文综述半导体脉冲激光器的发展与研究现状,并对半导体激光器性能的提升方式进行介绍。
2 结束语
综上所述,半导体脉冲激光器主要通过优化激光器结构、材料和加工工艺及改进驱动电源特性的2种方式实现性能提升。本文主要对这2种方式的半导体脉冲激光器发展情况进行总结与分析,着重介绍了提升驱动电源特性的5种方法。目前,脉冲宽度在5~10 ns的技术相对成熟,ps级脉宽已成为该领域的必然发展趋势。但是,激光器在追求大功率的同时往往存在功耗高的问题,仍需进一步研究和解决。随着数字化与半导体光电子技术的发展,各领域对半导体脉冲激光器需求愈来愈大,因此研究大功率、窄脉冲、低功耗和小型化半导体脉冲激光器具有重大意义。