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          不相似的半导体材料，可以形成平板                 轴亮度提供了另一个数量级的改进潜                  线宽的能力成为可能，第二代改进的
          波导以使光子与载流子交叠。                    力。具有改进的散热和膨胀匹配的新                  二极管泵浦效率得以实现。880nm 左
             通用电气公司的这些初步演示是                型封装材料，将提供持续功率提升和                  右的较弱和光谱窄吸收特性，引起了
          一项重大突破。然而，这些激光器还                 简化热管理所需的增强功能。这些关                  人们对光谱稳定的高亮度泵浦二极管
          远不是实用的器件，为了实现高功率                 键的发展将支持未来几十年高功率半                  的极大兴趣。这些更高性能的激光器
                                                                                                    4
          半导体激光器的前景，必须实现不同                 导体激光器的发展路线图。                      使直接泵浦钕的上激光能级 F 3/2 成为
          技术的融合。关键技术创新始于对直                                                   可能，能够减少量子亏损，从而改善
          接带隙半导体材料和晶体生长技术理                 二极管泵浦固态激光器和光                      平均功率更高时的基模提取，否则将
          解方面的进步。                          纤激光器                              受到热透镜的限制。
             之后的发展包括双异质结激光器                    高功率半导体激光器的进步，也                   到本世纪第二个十年早期，我们
          的发明，以及量子阱激光器的后续发                 使下游激光器技术得到了发展，其中                  目睹了单横模 1064nm 激光器，以及
          展。进一步加强这些核心技术的关键， 作为典型的是半导体激光器用于激发                                 在可见光和紫外波段工作的其频率转
          在于效率的提升以及面钝化、散热和 （泵浦）掺杂晶体（二极管泵浦固态                                  换激光器的显著功率提升趋势。鉴于
          封装技术的发展。       [5]               激光器）或掺杂光纤（光纤激光器）。                 Nd ：YAG 和 Nd ：YVO 4 较 长的 上 能
                                               虽然半导体激光器提供高效、小                态寿命，这些 DPSSL 的调 Q 运行提
          半导体激光器的辉煌                        型、低成本的激光能量，但是它也存                  供高脉冲能量和高峰值功率，非常适
             过去几十年来的这些创新，带来                在两个关键限制 ：它们不储存能量并                 合烧蚀材料加工和高精度微加工应用。
          了令人惊讶的累积改进。特别是亮度                 且其亮度受限。基本上许多应用需要                     光纤激光器。光纤激光器提供高
                         [6]
          的改进尤其突出。 1985 年，当时最              有用的两种激光器 ；一种用于将电力                 性价比的方式来转换高功率半导体
          先进的高功率半导体激光器可以将仅                 转换为激光发射，另一种用于增强该                  激光器的亮度。尽管波长复用光学
          100mW 的功率耦合进芯径 105μm 的           发射的亮度。                            器件可以将相对低亮度的半导体激
          光纤中。现在，最先进的高功率半导                     二极管泵浦固态激光器。在二十                光器转换为更亮的激光器，但这是
          体激光器，可以产生超过 250W 的功              世纪八十年代晚期，使用半导体激光                  以增加光谱宽度和光机械复杂性为
          率、并耦合进芯径 105μm 的光纤中， 器泵浦固态激光器开始在商业领域赢                              代价的。光纤激光器已证明在亮度
          相当于每八年功率增长 10 倍。                 得了极大兴趣。 二极管泵浦固态激光                 转换中特别有效。
             摩尔推测“集成电路板上将容纳                器（DPSSL）极大地减少了热管理系                   举例来说，比较以下最佳的激
          更多的电子元件”。随后，每个芯片                 统（主要是循环冷却器）和增益模块                  光 器 ：其 中 ~5kW 的 976nm 泵 浦功
          的晶体管数量每 7 年增加 10 倍。巧             的尺寸和复杂性，历史上增益模块曾                  率来自于 400μm 和 0.46NA 的光纤
          合的是，高功率半导体激光器已经以                 使用弧光灯来泵浦固态激光晶体。                  （95mm-mrad 的光束质量），相当于
          类似的指数速率，将更多的光子耦合                     基于与固态激光器增益介质的光                0.55W/(mm-mrad) 的泵浦亮度。该泵
          进光纤中（见图 1）。                      谱吸收特征的交叠，来选择半导体激                  浦光由光纤激光器转换为 ~4kW 的
             高功率半导体激光器亮度的提                 光器的波长，这与弧光灯的宽带发射                  1064nm 光束，从 20μm 和 0.06NA 的
          升，是各种无法预料的技术进步的结                 光谱相比，能显著降低热负荷。考虑                  光纤输出，其亮度为 11,098W/(mm-
          果。虽然需要新的创新来延续这一趋                 到发射 1064nm 波长的钕掺杂激光器              mrad)。光纤激光器提供的亮度增强
          势，但有理由相信半导体激光技术的                 的普及，808nm 的半导体激光器长成               >20,000 倍，或者超过四个数量级！
          创新还远未走到尽头。随着工程的不                 为 20 多年来半导体激光器生产中产                   20 世纪 90 年代推出的双包层光
          断发展，人们所熟知的物理学可以进                 量最大的产品。                           纤，使用被多模包层包围的单模纤
          一步提升半导体激光器的性能。                       随着多模半导体激光器亮度的提                芯，可以有效地将更高功率、更低成
             例如，量子点增益介质有望在当                高，以及在本世纪第一个十年中期使                  本的多模半导体泵浦激光器导入到光
          前的量子阱器件上显著提高效率。慢                 用体布拉格光栅（VBG）稳定窄发射                 纤中，从而创造出一种更经济的方法，



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