构造及材料

半导体激光器在基本构造上，它属于半导体的P-N接面，但激光二极管是以金属包层从两边夹住发光层(有源层)，是“双异质结接合构造”。而且在激光二极管中，将界面作为发射镜(谐振腔)使用。在使用材料方面，有镓(Ga)、砷(As)、铟(In)、磷(P)等。此外在多量子阱型中，也使用Ga·Al·As等。[1]

半导体激光模组 由于具有条状结构，即使是微小电流也会增加活性区域的电子数反转密度，

优点是激发容易呈现单一形式，而且，其寿命可达10~100万小时。

工作原理

半导体激光器是一种相干辐射光源，要使它能产生激光，必须具备三个基本条件:

增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布。在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带，因此在半导体中要实现粒子数反转，必须在两个能带区域之间，处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多，这靠给同质结或异质结加正向偏压，向有源层内注人必要的载流子来实现，将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去.当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用.

要实际获得相干受激辐射，必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡，激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的，通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜，而出光面镀上减反膜.对F-p腔(法布里一拍罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与P一n结平面相垂直的自然解理面构成F一P腔.

为了形成稳定振荡，激光媒质必须能提供足够大的增益，以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的损耗，不断增加腔内的光场.这就必须要有足够强的电流注入，即有足够的粒子数反转，粒子数反转程度越高，得到的增益就越大，即要求必须满足一定的电流阀值条件.当激光器达到阀值，具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大，最后形成激光而连续地输出.可见在半导体激光器中，电子和空穴的偶极子跃迁是基本的光发射和光放大过程对于新型半导体激光器而言，人们目前公认量子阱是半导体激光器发展的根本动力.量子线和量子点能否充分利用量子效应的课题已延至本世纪，科学家们已尝试用自组织结构在各种材料中制作量子点，而GaInN量子点已用于半导体激光器.另外，科学家也已经做出了另一类受激辐射过程的量子级联激光器，这种受激辐射基于从半导体导带的一个次能级到同一能带更低一级状态的跃迁，由于只有导带中的电子参与这种过程，因此它是单极性器件.[1]

特点

激光二极管的优点是效率高、体积小、重量轻且价格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%，P-N型也达到数%~25%，总而言之能量效率高是其最大特色。另外，它的连续输出波长涵盖了红外线到可见光范围，而光脉冲输出达50W(带宽100ns)等级的产品也已商业化，作为激光雷达或激发光源可说是非常容易使用的激光的例子。

通常激光器封装形式主要包括单管、Bar条、阵列(Stack)、光纤耦合模块四种形式，其中光纤耦合模块主要用作光纤激光器的泵浦光源。

应用

半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广，目前已超过300种，半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网，850nm波长的半导体激光器适用于)1Gh/。局域网，1300nm -1550nm波长的半导体激光器适用于1OGb局域网系统.半导体激光器的应用范围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.半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用，形成了广阔的市场。1978年，半导体激光器开始应用于光纤通信系统，半导体激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统.由于半导体激光器有着超小型、高效率和高速工作的优异特点，所以这类器件的发展，一开始就和光通信技术紧密结合在一起，它在光通信、光变换、光互连、并行光波系统、光信息处理和光存贮、光计算机外部设备的光祸合等方面有重要用途.半导体激光器的问世极大地推动了信息光电子技术的发展，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.半导体激光器再加上低损耗光纤，对光纤通信产生了重大影响，并加速了它的发展.因此可以说，没有半导体激光器的出现，就没有当今的光通信.GaAs/GaAlA。双异质结激光器是光纤通信和大气通信的重要光源，如今，凡是长距离、大容量的光信息传输系统无不都采用分布反馈式半导体激光器(DFB一LD).半导体激光器也广泛地应用于光盘技术中，光盘技术是集计算技术、激光技术和数字通信技术于一体的综合性技术.是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存储手段，它需要半导体激光器产生的光束将信息写人和读出

半导体激光器就是用固体激光材料作为工作物质的激光器。一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成。这类激光器所采用的固体工作物质，是把具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体而制成的。

光纤激光器和半导体激光器的区别就是他们发射激光的介质材料不同。光纤激光器使用的增益介质是光纤，半导体激光器使用的增益介质是半导体材料，一般是砷化镓，铟镓申等。(同理，固体激光器的增益介质一般是晶体或者玻璃，陶瓷等。气体的就是使用氦氖气，二氧化碳等。)半导体激光器的发光机理是粒子在导带和价带之间跃迁产生光子，因为是半导体，所以使用电激励即可，是直接的电光转换。而光纤不能够直接实现电光转换，需要用光来泵浦增益介质(一般用激光二极管泵浦)，它实现的是光光转换。　　光纤激光器散热好，一般风冷即可。半导体激光器受温度影响非常大，当功率较大是，需要水冷。

再制造作为再生资源利用的一种高级形式，是实现循环经济“减量化、再利用、资源化”三原则的重要途径。是废旧产品高技术修复、改造的产业化过程，既是一种节约资源的先进制造，又是一种保护环境的绿色制造。再生资源利用同时也是发展循环经济、推动节能减排的重要途径之一。

在当前钢铁、煤炭、电力等行业生产成本压力大、节能、降耗紧迫形势下，充分发挥激光金属熔覆工艺在企业设备修复、节能减排、低碳、再制造产业的技术优势，不仅能降低企业生产成本，而且能节能80%、节约材料成本90%、减少废物排放85%。

半导体激光是国际市场上广泛采用的激光金属熔覆方式，在国际激光熔覆市场上占有率达到90%，二氧化碳激光占有率为8%,YAG激光为2%。而二氧化碳激光因其波长长，热影响区大，在焊接、切割市场占有率较高，YAG激光在打标等小功率市场占有率较高。

目前，在国内河北瑞驰激光 (www.richlaser.net)已完全掌握大功率半导体激光的封装、光束整形技术，并能进行批量的工业化生产。瑞驰激光全新推出的数控半导体激光金属熔覆系统具备了国外发达国家半导体激光如下优势：

一、电光转换率高：

半导体激光是目前点光转换率最高的激光器，有效电光转换率达到55%，而二氧化碳激光的转换率只有25%，YAG激光的转换率只有5%。

举例来说就是100W输入的电能半导体激光能输出55W的单波长光能。

二、波长短：

瑞驰激光的半导体激光输出波长为0.976微米,二氧化碳激光为10.64微米,YAG激光为1.064微米。这样半导体激光的热影响区就是二氧化碳激光的几分之一。

三、功率密度高：

因半导体激光的波长短，熔覆过程中热影响区小，功率密度主要集中在表面。相同输出功率的激光，半导体激光的功率密度是二氧化碳激光的2.5倍。

举例来说就是光斑相同的情况下，输出功率3800瓦的半导体激光在被熔覆基体表面形成的功率密度相当于9500瓦的二氧化碳激光产生的熔覆效果。

四、体积小：

半导体激光体积是相同熔覆效果二氧化碳激光的三十分之一，重量是四十分之一。

使用和移动非常方便，特别适合现场的不解体修复。

五、工装简单：

瑞驰激光的半导体激光本身就配有三维数控工作系统，可完成各种形状基体熔覆的要求，更可以方便的将激光器安装于各种机床上自动熔覆;免去了二氧化碳激光昂贵、笨重的各种工装。

六、生产成本低：

半导体激光的生产成本非常低，综合成本只相当于二氧化碳激光的五分之一到七分之一。

七、维护成本低：

半导体激光是免维护的，很少损坏和不需要经常维护，特别是不需要经常更换昂贵的易损配件。

八、设备价格低：

与二氧化碳激光具有相同熔覆效果的半导体激光，设备价格只是其几分之一;虽然比YAG激光略贵，但效率是YAG激光的几十倍。

九、输出激光的光斑形状合理：

半导体激光输出光斑为矩形，功率密度分配均匀，更适合熔覆过程中的搭接，能避免熔覆过程中因光斑搭接产生的夹渣、气眼现象。

十、熔覆速度快：

半导体激光的熔覆速度是YAG激光的二十倍以上，不仅大大提高了工作效率，更能满足各种生产型激光熔覆的需要。

经过多年的探索、研究，瑞驰半导体激光熔覆工艺已经非常成熟，包括了半导体激光系统;半导体激光数控系统;对各种金属材质的熔覆参数和工艺;对各种形状金属缺陷的熔覆工艺;与半导体激光输出波长相对应的各种熔覆材质，包括耐高温、高硬度、高耐磨、高防腐、无磁等;相配套的同步撒粉装置。

对我国而言，大力发展再制造产业具有深远的战略意义。国家发改委解振华副主任强调指出，再制造产业化是“十二五”规划确定的循环经济重要工程，国家将培育一批再制造示范企业，实现再制造的规模化、产业化发展。未来五年是再制造产业发展的重要机遇期，国家发展改革委将会同有关部门从强化规划指导、强化试点示范、强化产业集聚、强化技术创新、强化体系建设等方面入手，加快促进再制造产业形成较大规模。

半导体激光器又称激光二极管(LD)，是二十世纪八十年代半导体物理发展的最新成果之一。导体激光器的优点是体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低，此外半导体激光器是采用低电压恒流供电方式，电源故障率低、使用安全，维修成本低等。因此应用领域日益扩大。目前，半导体激光器的使用数量居所有激光器之首，某些重要的应用领域过去常用的其他激光器，已逐渐为半导体激光器所取代。它的应用领域包括光存储、激光打印、激光照排、激光测距、条码扫描、工业探测、测试测量仪器、激光显示、医疗仪器、军事、安防、野外探测、建筑类扫平及标线类仪器、激光水平尺及各种标线定位等。

以前半导体激光器的缺点是激光性能受温度影响大，光束的发散角较大(一般在几度到20度之间)，所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。但随着科学技术的迅速发展，目前半导体激光器的的性能已经达到很高的水平，而且光束质量也有了很大的提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21世纪的信息社会中将取得更大的进展，发挥更大的作用。

如今激光产品广泛运用于工业体系的各个行业。如激光焊接机，激光切割机等等，激光器是激光产品的灵魂，而半导体激光器是激光器中最为常见的一款。下面我就为大家简单介绍一下这款设备。

半导体激光器广泛应用于光存储、激光打印、激光美容医疗设备、激光检测测距等行业和领域。应用最为广泛的是，双异质结构的电注入式砷化镓二极管半导体激光器。

半导体激光器的优点很多体积比较小，重量比较轻、消耗能源少，工作效率比较高，工作运转可靠寿命比较长。工作原理是，将采用的材料作为作为工作的物质，进行激励从而发射。一般采用是砷化镓、硫化镉、硫化锌作为常用材料。