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激光器市场竞争白热化,客户如何选择?中远外半导体激光器“蓝海时代”到来(一)

发布:2022-03-31 11:58作者:www.huyunjituan.com点击:1054次

激光是二十世纪的四大发明之一。这是人类继核能、计算机和半导体之后的另一重大发现。 2019年,全球激光市场规模达到151.3亿。从波长光谱的演示开始,随着激光波长的增加,技术难度显着增加,但在这些领域应用需求和巨大的市场空间很重要。在通用和军事领域里,并满足在在可见光和近红外激光器日益饱和的市场中,中远距离红外激光器已成为有望在激光主力市场爆发的“新蓝海”。
中远红外量子半导体激光器是中远红外范围内最具潜力的激光辐射源。由于技术创新,它们已成为激光行业中发展最快的行业之一。广泛应用于高灵敏度气体检测、医疗诊断、光电对抗、激光雷达、战场环境监测等领域。
什么是激光?
激光的全称是受激辐射辐射放大。首先,它是光发射方向的特性。例如,激光笔发出的光束是一条尖锐的直线。人类在1962年首次使用激光照射月球,地球与月球之间的距离约为38万公里,但月球表面的激光光斑宽度不足两公里。二次光非常高。在激光发明之前,高压脉冲氙灯的亮度比人造光源的亮度最高,与太阳光的亮度相比,一颗红宝石激光器的亮度可以超过十个氙气亮度。一千次。兰帕拉。第三,颜色的属性。激光的颜色取决于激光波长的一个非常重要的参数。 “红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”的波长在红光波长最大时逐渐减小,中远红外半导体激光器发出的光的d波长度大于红灯。 †
基本的激光理论是爱因斯坦的受激发射理论,这意味着当一个光子通过某个系统时,它受到激发产生一个相同的光子来放大光。这一理论伴随着世界上第一台激光器——红宝石激光器,诞生于1960年。美国休斯实验室。为此,它必须满足两个条件:粒子数反转和受激发射。通过改变粒子的数量,可以获得光放大以产生受辐射激发的激光。
激光是20世纪四大“新发明”之一,在手术、通讯、遥控、雷达等方面有着非常重要的应用。 2019年全球激光市场规模为151.3亿。和近红外。我们现在讲的主要是中远红外波段,波长多集中在3-5m和8-14m范围内。这种技术非常复杂:大自然自然缺乏高效率和能源效率。过渡系统和强大的中红外电光辐射很难直接泵浦。长期以来,没有找到特别好的技术进行生产,工业化进程滞后。
制造中远红外范围激光器的另一种方法是非线性或 ORA 光学。参量光学激光发生器。使用非线性光学器件生产中远红外光通常是一个多级抽吸系统,效率有限,设备复杂,实际上产量很高。该行业也在寻找新的技术解决方案,例如化学激光器和自由电子激光器。化学激光器依靠化学反应来提供产生激光器所需的能量。 优点是功率大,可以达到兆瓦级,但体积很大,一般用作激光武器。
中远红外范围的半导体激光器基于材料
事实上,对中远红外激光器的需求量非常大。首先,它占据了两个非常重要的球窗:3-5 m和8-14 m。两种窗口的衰减都比较低,对军事用途有很多要求,比如红外光刻胶、激光雷达、激光控制、生化战等。传感、空间激光通信等。该方案的要求也是中远红外激光器发展的最重要因素之一。二是高灵敏度气体/粉尘检测。原理是激光进入气体,里面的分子通过振动吸收一部分光,从光的减少可以计算出气体分子的浓度。 † † 中红外半导体激光器包括一个吸收主要气体分子的振荡/旋转频率的峰值,基于中程红外激光器的光谱技术的灵敏度可以提高大约 3 到 5 倍。在环保、工业气体、公共安全、毒品检测、气体泄漏等检测灵敏度非常高的领域应用要求非常高。
返回中远红外半导体激光器。世界上第一台半导体激光器诞生于 1962 年,比红宝石激光器晚了两年,但它体积小,经久耐用,可以简单地用力泵浦。这是目前最方便和最重要的事情。激光类。原理如上图所示。当两种半导体材料相互堆叠时,可以创建井结构。电泵或光泵引起与粒子数量相对应的总体反转。发光的逆发射和受激发射条件。可以看出,半导体激光器其实很小,但是受半导体材料的限制,它的波长延伸到中远红外范围,面临困难。铅盐激光器可以达到 2.5 到 20 m,但必须在低温下工作,通常为 4 到 100 K。更长的波长需要更低的温度。结果,这些激光器是不切实际的。锑激光器的相对功率为2-3 m,但功率下降超过3 m。
为了在中远红外线中实现波长加宽,人们尝试利用量子载流子的子带之间的电子跃迁,子带之间的跃迁可以人为调整子带的偏差达到波长。旁路。为满足激光辐射种群变化的要求,长期以来一直存在的问题是子带之间种群变化的演变。 1971年前苏联的科学家使用光子隧道开发了一个原型。 1986年卡帕索等人。提出了子带间电子“顺序共振隧穿”的想法,在相关光子的领域略有改善,但尚未达到种群变化。 1992卡帕索等人。进行了另一次优化。他们创造了执行人口变化所需的量子反射器结构,这是半导体激光器发展的重要一步。材料设计是量子力学,材料制备是具有数千纳米层的材料,是通过卓越的理论设计和精确的材料制备实现的产品。
与此同时,以阿宇为首的材料专家。 Cho在分子束外延(MBE)技术上取得了突破,可以生产出许多具有均匀界面和均匀成分的量子干结构,良好的量子级联技术。 .创建了激光器并奠定了技术基础。终于,在 1994 年,贝尔实验室推出了第一台具有中远红外功能的半导体量子级联激光器。这种技术的基础和本质是物质。该材料由数千纳米厚的半导体层组成。基线生长精度很高,并且涉及相对显着的技术限制。
应用及行业发展前景
1994 年的第一台激光器具有 10k 激光束,波长为 4.6m,输出功率仅为 8mW。根据应用需要,经过30年的快速发展,现已实现波长范围3.65-300μm,最大输出功率5W,单模器件低功耗功耗小于1W,性能达到实用水平,耗电稳定;工业化正在逐步发展。
量子级联半导体激光器在中远红外的使用分为军用和民用两部分。军方目前正在加速发展红外光伏对抗。中远红外半导体激光器由于输出功率高、半导体激光提取工艺小、轻、容易等特点,相对于红外对抗具有显着优势。目前全球至少有五家公司可以提供成熟的产品模块。美国处于领先地位。基于中远红外半导体激光器的红外对抗技术成熟度达到7级,在黑鹰直升机上已达到800多个。高效的红外激光产品体系和整个产业体系可以说是在国外开发出来的,但我国重要的研究团队很少,设备的开发水平应用性强,动力和技术还很充裕与其他国家相比高。
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