半导体激光器的未来应用

当前，半导体激光器市场是更广泛的光电子行业中的一个重要细分市场。在过去几十年，该市场经历了显著的增长和变革。预计到2029年，全球半导体激光器市场规模将达到132.5亿美元。汽车、消费电子等各行业应用的增加将促进半导体激光器需求的增长，智能互联设备投资的增加也将推动市场增长。

与传统的边缘发射激光器相比，VCSEL具有一定的优势，可为汽车提供更安全、更智能的辅助驾驶和自动驾驶功能

半导体激光器的特点和优势

半导体激光器又称激光二极管，是从电信到医疗设备等各种应用中的重要组件。半导体激光器是一种通过受激发射过程发射相干光的设备。与通常使用气体或晶体作为激光介质的传统激光器不同，半导体激光器使用砷化镓（GaAs）或磷化铟（InP）等半导体材料。这些材料具有独特的电子特性，在电流作用下可产生激光。

半导体激光器具有多种优势，在各种应用中都不可或缺。半导体激光器的主要优点之一是体积小巧，便于携带。它们外形小巧，可以轻松集成到各种设备和系统中，从手持式小工具到大型工业机器，一应俱全。半导体激光器以高效率和低功耗著称，它们能将电能转化为光能且能量损耗极小，因此非常适合电池供电设备和对能效要求极高的应用。

半导体激光器的波长范围广，可发出从紫外线（UV）到红外线（IR）等各种波长的光。这种灵活性使其可用于各种应用，包括通信、传感和医疗。半导体激光器的高频调制能力使其适用于数据传输和通信应用，可以快速高效地传输大量数据，这对现代电信网络来说至关重要。

半导体激光器市场在提高性能、效率和应用多样性方面取得了显著的技术进步。量子级联激光器（QCL）是一种工作在中红外到远红外范围的半导体激光器。与依靠电子-空穴重组的传统半导体激光器不同，QCL利用量子阱内的电子跃迁产生激光。QCL特别适用于光谱学、化学传感和环境监测。

垂直腔表面发射激光器（VCSEL）是一种半导体激光器，其发光方向垂直于半导体芯片表面。VCSEL具有制造成本低、效率高、易于集成到光学系统等优点。它们广泛应用于数据通信、传感和消费电子产品。

分布式反馈（DFB）激光器是一种半导体激光器，在激光腔内采用光栅结构，以实现单波长发射。DFB激光器可提供稳定的窄线宽输出，是电信、光谱学和传感领域的理想应用。半导体材料和器件设计的进步促进了大功率半导体激光器的发展。这些激光器可提供高输出功率，同时保持效率和光束质量。高功率半导体激光器可用于材料加工、焊接和切割等工业应用领域。

半导体激光器的现实应用

半导体激光器具有大规模生产能力，体积小巧，是最受欢迎的激光器，广泛应用于光网络和通信、激光打印、光学数据存储、条形码扫描、材料加工以及生物医学和法医诊断等领域。根据应用领域，全球半导体激光器市场可细分为光存储与显示、电信与通信、工业应用和医疗应用。

半导体激光器市场受到各种因素的影响，包括技术创新、行业趋势、经济状况和监管框架。

一些行业趋势正在影响半导体激光器市场。对高速数据通信日益增长的需求，推动了半导体激光器在电信和数据中心的应用。自动驾驶汽车和高级驾驶辅助系统（ADAS）的增长推动了激光雷达系统对半导体激光器的需求。此外，可穿戴技术和便携式医疗设备的兴起，也推动了半导体激光器在医疗保健领域的应用。

不断的技术创新推动了半导体激光器市场的增长。材料、制造技术和器件设计方面的进步提高了半导体激光器的性能、效率和可靠性。QCL、VCSEL和高功率激光器等创新技术正在扩大应用范围，创造新的市场机遇。电信行业越来越多地采用光纤激光器，而且与其他光源相比，半导体激光器越来越受到青睐，这些都推动了全球半导体激光器市场的发展。

此外，3D打印技术在建筑和医疗保健领域的应用不断增加，也可能会促进半导体激光器的需求和普及。此外，体积小、成本低和寿命长等因素预计将在预测期内促进半导体激光器的增长。另一方面，研发活动的增加以及数据存储需求的增长，预计将在预测期内为市场创造有利可图的机会。

半导体激光器在医疗保健领域至关重要，因为它们被广泛用于美容程序、医疗诊断和治疗。在牙科、皮肤科和其他应用领域，半导体二极管激光器比其他光源更具优势。半导体激光器可将光能传输到越来越小的模式，并同时进行时间和光谱光学定位。这使它们在生物探测、超分辨率成像和细胞标记等各种生物应用中，大显身手。

在军事和国防领域，二极管激光器凭借体积小、重量轻、坚固耐用，让其成为理想选择。在国防领域，新的高亮度半导体激光器技术允许二极管激光器直接用于DPSS激光器曾是唯一解决方案的应用领域，如目标识别、反制，甚至可能用于高能激光器。

半导体激光器的未来应用

半导体激光器是目前光纤通信系统最可行的光源，也是现代通信技术的重要组成部分。随着全球互联网流量的急剧增长，降低数据通信的能耗对可持续发展至关重要。虽然边缘发射激光器长期以来一直被用于长距离光链路，但半导体激光器现在已成为短距离光互连的首选。

这是因为半导体激光器体积更小，每比特能耗更低，因此效率更高。

半导体是各种设备的重要组成部分，可促进电流在导体和非导体之间流动。因此，半导体的制造非常复杂，尤其是在小设备越来越紧凑的情况下。在这种趋势下，更小的半导体需要激光的支持和精确度才能很好地完成工作

半导体激光干涉光刻技术通过双激光束干涉在光刻胶表面高效、快速地形成纳米图案。这些图案通过升华或化学蚀刻技术转移到其他材料上。由此产生的纳米结构可用于各种应用，如高密度数据存储、场发射平板显示器和微米级穿孔膜。

半导体激光器是量子纳米光子学的关键应用。例如，半导体激光器可按需产生具有高度不可分性的单光子，这对光子量子计算和远距离量子通信至关重要。单片集成半导体激光器为生产光子态发生器和模块化量子光源提供了一种紧凑、可扩展的解决方案。

量子级联激光器是一种工作在中长红外和太赫兹波段的半导体激光器。在量子级联激光器中，电子负责在下一个量子阱中发射光子隧道。因此，一个电子可以产生多个光子，从而使其具有极高的效率。从一个量子阱过渡到另一个量子阱是“量子级联”一词的由来。

随着纳米科学和纳米技术的出现，半导体激光器取得了长足的进步。因此，研究人员将大量精力用于生产具有低激光阈值的超小型激光器，从而开发出了100nm以下的半导体激光器。

这些激光器包括微腔激光器、垂直腔表面发射激光器、偏振子激光器、半导体线激光器、光子晶体激光器和等离子纳米激光器。这些纳米激光器具有非常理想的独特性能，例如超低阈值、亚波长、超快激光操作和不受衍射限制等。因此，它们已成为各种应用的热门研究领域，如低能耗高速显示器、生物医学成像、超高密度数据存储和分子通信设备等。

纳米技术和电子产品的微型化趋势日益明显，这就要求创造更高效、更紧凑的光源，从而使半导体激光器成为一种极具吸引力的选择。纳米技术的进步促使人们开发出具有优异特性的新型半导体激光器，如纳米线激光器、量子点激光器和等离子体激光器，这将在未来带来令人兴奋的新应用。

半导体激光技术不断推动创新。它在量子技术（包括量子计算、量子通信和量子传感）的发展中发挥着至关重要的作用。这些技术有望彻底改变各行各业，解决传统计算和通信系统无法解决的复杂问题。此外，正在进行的研究重点是推进激光材料的发展和探索新的可能性。目前正在研究有机半导体和过氧化物，以了解它们在提高半导体激光器的效率和多功能性方面的潜力。这些进展将进一步扩大半导体激光技术的范围，并开启各个领域的新应用。

半导体激光技术已成为一股变革力量，照亮了我们的世界，塑造了光的未来。从彻底改变电信和照明解决方案，到为医学、生物技术和尖端研究领域的进步提供动力，这些激光器已在众多行业得到应用。随着研究和创新不断提高半导体激光器的效率并扩展其功能，我们可以期待未来光在推动进步和改善生活方面发挥更加重要的作用。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。