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半導(dǎo)體激光器（SemiconductorLaser,或稱為激光二極管,，LaserDiode,LD）的發(fā)光原理基于半導(dǎo)體材料的受激輻射（StimulatedEmission）現(xiàn)象,，類似于其他類型的激光器,，如固體激光器或氣體激光器,。其工作原理可以分為以下幾個關(guān)鍵步驟：
1.半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)
半導(dǎo)體材料具有能帶結(jié)構(gòu),，包括價帶和導(dǎo)帶,。電子在價帶上,，當(dāng)吸收足夠的能量時,，電子會躍遷到導(dǎo)帶,，這種現(xiàn)象稱為電子激發(fā)。這種激發(fā)可以通過外加電流,、光或熱來實(shí)現(xiàn),。
2.注入電流和載流子復(fù)合
在半導(dǎo)體激光器中，首先通過電流注入（一般是通過電極）將電子和空穴（正電荷載流子）注入到半導(dǎo)體的活性區(qū)（通常是p-n結(jié)處）,。這些電子和空穴在活性區(qū)內(nèi)會發(fā)生復(fù)合,，即電子和空穴相遇并結(jié)合，釋放出能量,，形成光子,。
3.光的受激輻射
當(dāng)一個電子從導(dǎo)帶躍遷回到價帶時，它會釋放出一個光子,。這個過程叫做自發(fā)輻射,，但在半導(dǎo)體激光器中，最重要的是受激輻射,。受激輻射的原理是,，當(dāng)一個光子與一個處于激發(fā)態(tài)的電子碰撞時，激發(fā)態(tài)電子會躍遷到較低能級,，并發(fā)射出與入射光子相同頻率,、方向、相位和偏振的光子,。
這個過程是光放大的基礎(chǔ),，在半導(dǎo)體激光器中，反復(fù)發(fā)生光子的受激輻射過程，最終形成激光輸出,。
4.激光器腔和光反饋
為了讓光子在半導(dǎo)體激光器中進(jìn)行多次受激輻射,，必須有一個光學(xué)腔來提供光反饋。這個腔通常由兩個鏡面組成,，一個鏡面是反射鏡,，另一個是部分透光鏡。光子在這兩個鏡面之間往返傳播,，并逐漸增強(qiáng),，最終從部分透光鏡處輸出。
5.激光的產(chǎn)生
當(dāng)反向電流使得活性區(qū)的載流子密度足夠大時,，發(fā)生的受激輻射就會超過自發(fā)輻射,，光子會形成一個強(qiáng)烈的相干光束，從激光器的輸出端發(fā)射出來,。這時,，光波的方向性強(qiáng)、相位一致,、頻率穩(wěn)定,，從而形成了激光。
6.溫度與激光效率
半導(dǎo)體激光器的性能受溫度影響較大,。溫度升高時,，載流子的復(fù)合效率降低，光子發(fā)射的效率下降,。因此,，半導(dǎo)體激光器通常需要通過熱管理系統(tǒng)來保持工作溫度，確保激光輸出的穩(wěn)定性,。
總結(jié)
半導(dǎo)體激光器通過電流注入激發(fā)電子和空穴在半導(dǎo)體材料中復(fù)合,，產(chǎn)生光子。光子與其他電子發(fā)生受激輻射,，形成光波,。反射鏡提供光反饋，最終實(shí)現(xiàn)激光輸出,。由于其體積小,、效率高，半導(dǎo)體激光器廣泛應(yīng)用于通信,、激光打印,、激光掃描、醫(yī)療和光盤存儲等領(lǐng)域,。
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