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高功率半導(dǎo)體激光器歷史

1962年9月16日，通用電氣公司的羅伯特·霍爾(RobertHall)帶領(lǐng)的研究小組展示了砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體的紅外發(fā)射，這種半導(dǎo)體具有“奇怪的”干涉圖形，意味著相干激光-半導(dǎo)體激光器的誕生。霍爾初認(rèn)為半導(dǎo)體激光器是一個(gè)“遠(yuǎn)射”，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的發(fā)光二極管效率很低。同時(shí)他對(duì)此也持有懷疑態(tài)度，因?yàn)楫?dāng)時(shí)兩年前才被證實(shí)、已經(jīng)存在的激光器，需要“精美的鏡子”。

1962年夏天，霍爾表示，對(duì)于麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的效率更高的砷化鎵發(fā)光二極管，他感到相當(dāng)震驚。隨后，他表示很幸運(yùn)能通過(guò)一些高質(zhì)量的GaAs材料進(jìn)行測(cè)試，并利用他作為一個(gè)業(yè)余天文學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出了一種方法來(lái)拋光GaAs芯片邊緣，形成一個(gè)腔體。

霍爾成功的演示是基于輻射在交界面上來(lái)回反彈，而不是垂直反彈的設(shè)計(jì)。他謙虛地表示，此前沒(méi)有人“碰巧提出這個(gè)想法。”實(shí)際上，霍爾的設(shè)計(jì)本質(zhì)上是一個(gè)幸運(yùn)的巧合，即形成波導(dǎo)的半導(dǎo)體材料也具有同時(shí)限制雙極載流子的性質(zhì)。否則就不可能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器。通過(guò)使用不相似的半導(dǎo)體材料，可以形成平板波導(dǎo)以使光子與載流子重疊。

在通用電氣公司進(jìn)行的這些初步演示是一項(xiàng)重大突破。然而，這些激光器遠(yuǎn)不是實(shí)用的器件，為了促使高功率半導(dǎo)體激光器的誕生，必須實(shí)現(xiàn)不同技術(shù)的融合。關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新始于對(duì)直接帶隙半導(dǎo)體材料和晶體生長(zhǎng)技術(shù)的理解。

后來(lái)的發(fā)展包括雙異質(zhì)結(jié)激光器的發(fā)明和量子阱激光器的后續(xù)發(fā)展。進(jìn)一步增強(qiáng)這些核心技術(shù)的關(guān)鍵在于效率的提高以及腔面鈍化、散熱和封裝技術(shù)的發(fā)展。