半導体レーザーとは（パートⅡ）

半導体レーザー 固体レーザーの一種に属し、レーザー媒質として半導体材料を使用し、レーザーダイオードのポンピングモード（光を生成する電子励起放射線）として電流注入ダイオードソース領域に属します。 すべての種類のレーザーの中で、半導体レーザーは最高のエネルギー変換効率を持っています（直接適用される高出力半導体レーザーコンポーネントの電気光変換効率は、最大 60-70 パーセントに達する可能性があります）。 ファイバーレーザー、固体レーザー、その他の種類の光ポンピングレーザーのコアポンプ源として使用でき、ファイバーレーザーと固体レーザー技術の急速な発展を促進します。(パートⅠに続く)

3. 半導体レーザーの開発経緯

1960年代初頭の半導体レーザーは、pn接合ダイオードの一種であるホモジニアス接合レーザーです。 順方向電流注入では、電子は P ゾーンに連続的に注入され、正孔は N ゾーンに連続的に注入されます。 その結果、本来のpn接合空乏領域においてキャリア分布の逆転が実現される。 電子の移動速度は正孔の移動速度よりも速いため、活性領域で放射や再結合が起こり、蛍光を発し、特定の条件下ではレーザーが発生します。 これは、パルスの形でのみ動作できる半導体レーザーの一種です。 半導体レーザー開発の第 2 段階はヘテロ構造半導体レーザーです。ヘテロ構造半導体レーザーは、GaAs や GaAlAs など、バンドギャップの異なる 2 つの半導体材料の薄層で構成されています。 単一ヘテロ構造レーザーが初めて登場しました (1969 年)。 GaAsP-N接合のしきい値電流密度を下げるために、SHLDの値は均一接合レーザの値よりも1桁低くなりますが、それでもSHLDは室温で連続動作できません。

半導体レーザは、1970年代後半以降、情報の伝達を目的とした情報レーザと、光出力の向上を目的としたパワーレーザの2方向に発展してきました。 励起固体レーザーのアプリケーションによって駆動される高出力半導体レーザー (連続出力 100mw 以上、パルス出力 5W 以上を高出力半導体レーザーと呼ぶことができます)。

1990 年代には、半導体レーザーの出力が大幅に増加するなど、画期的な進歩が見られました。 海外ではキロワット級の高出力半導体レーザーが実用化されており、国内のサンプル装置の出力は600Wに達している。 レーザー帯域の拡大という観点から見ると、最初は赤外半導体レーザーで、続いて670nmの赤色半導体レーザーが数多く応用され、その後波長650nm、635nmが出てきたとすると、青色光は青色光になります。半導体レーザーの開発に成功し、10mWの紫色、さらには紫外半導体レーザーも開発中です。 1990 年代後半には、面発光レーザーや垂直共振器型面発光レーザーが急速に開発され、超並列オプトエレクトロニクスへの応用が数多く検討されてきました。 980nm、850nm、および 780nm デバイスは光学システムで使用されています。 現在、垂直共振器面発光レーザーはギガビットイーサネット高速ネットワークで使用されています。

4. 半導体レーザーの応用

半導体レーザーは、波長範囲が広く、製造が簡単で、低コストで大量生産が容易であり、小型、軽量、長寿命であるため、ある種のレーザーの中でより早く成熟し、急速に発展しています。 、応用範囲が広く、300種類以上あります。

1) 産業・技術への応用

①光ファイバー通信。 半導体レーザーは光ファイバー通信システムの光源として実用化されている。 光ファイバー通信は現代の通信技術の主流となっています。

②光ディスクアクセス。 半導体レーザーはすでに光ディスクメモリに使用されており、音声、文字、画像などの大量の情報を保存できるという利点があります。 青色と緑色のレーザーを使用すると、CD の記憶密度を大幅に向上させることができます。

③スペクトル分析。 遠赤外波長可変半導体レーザーは、環境ガス分析、大気汚染、自動車排気ガスの監視などに使用されています。 ガス堆積のプロセスを監視するために産業で使用できます。

④光情報処理。 半導体レーザーは光情報システムに使用されています。 面発光半導体レーザ二次元アレイは、コンピュータや光ニューラルネットワークで使用される光並列処理システムに最適な光源です。

⑤レーザー微細加工。 Q スイッチ半導体レーザーによって生成される高エネルギーのウルトラシャイア レーザーの助けを借りて、集積回路を切断したり、穴を開けたりすることができます。

⑥レーザーアラーム。 半導体レーザー警報器は、盗難警報器、水位警報器、車間距離警報器などに幅広く使用されています。

⑦レーザープリンター。 高出力半導体レーザーはレーザープリンターですでに使用されています。 青と緑のレーザーを使用すると、印刷速度と解像度が大幅に向上します。

⑧ レーザーバーコードスキャナー。 半導体レーザーバーコードスキャナーは、書籍やアーカイブの管理だけでなく、商品の販売にも広く使用されています。

⑨固体レーザーを励起します。 これは高出力半導体レーザーの重要な用途であり、元の雰囲気ランプを置き換えて全固体レーザー システムを形成するために使用できます。

⑩ ハイビジョンレーザーテレビ。 近い将来、既存のテレビよりも消費電力が 20% 少ないと推定される、赤、青、緑のレーザーを使用するブラウン管のない半導体レーザー テレビが発売される可能性があります。

2) 医療・生命科学研究への応用

①レーザー手術。 半導体レーザーは、軟組織の切除、組織の結合、凝固、蒸発に使用されています。 この技術は一般外科、形成外科、皮膚科、泌尿器科、産婦人科などで広く使われています。

②レーザー動的治療。 腫瘍に親和性のある光感受性物質を選択的にがん組織に集め、半導体レーザーをがん組織に照射して活性酸素を発生させ、正常な組織を損傷することなく壊死させることを目指します。

③生命科学の研究。 半導体レーザーを使用して生きた細胞や染色体を掴み、望む場所に移動させる「光ピンセット」は、細胞合成、細胞相互作用、法医学診断を改善するために使用されています。

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