一、激光器分類——增益介質(zhì)、波長(zhǎng)、工作模式
一般激光器可以從增益介質(zhì)、波長(zhǎng)和工作模式等方面進(jìn)行分類。
1.激光器根據(jù)增益介質(zhì)分類
根據(jù)增益介質(zhì)，可以將激光器分為液體激光器、氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器和光纖激光器5大類，每一大類下還可細(xì)分諸多小類。
激光器按照增益介質(zhì)分類
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2.激光器按照波長(zhǎng)分類
根據(jù)激光波長(zhǎng)可以將激光器分為紫外激光器（390nm-10nm）、紅外激光器（小于760nm）、可見(jiàn)光激光器（760nm-390nm）。不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)可吸收的光波長(zhǎng)范圍不同，波長(zhǎng)越短，材料對(duì)激光的吸收率越高，穿透能力越強(qiáng)。例如由于金屬對(duì)于近紅外光吸收效率高，所以近紅外激光器比較適用于金屬材料加工。
光譜圖
3.激光器按照工作模式分類
激光器的工作模式包括脈沖寬度、功率和運(yùn)轉(zhuǎn)方式。
根據(jù)脈沖寬度的不同，激光器可以具體分為毫秒激光器、微秒激光器、納秒激光器、皮秒激光器和飛秒激光器，每一種激光器的光脈沖間隔是上一個(gè)的千分之一。目前已經(jīng)開(kāi)始向皮秒和飛秒發(fā)展。
根據(jù)功率不同可以分為低功率激光器、中功率激光器和高功率激光器。100W以下的稱為低功率激光器，100萬(wàn)以上、1000W以下的稱為中功率激光器。高功率激光器是功率在1000W以上的激光器。
工作運(yùn)轉(zhuǎn)方式可以分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，也可分為單模激光器和多模激光器。
激光器按照工作模式分類
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綜上所述，以上三種分類方式組合如下圖：
激光器分類
數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)金電子
二、激光產(chǎn)業(yè)鏈及半導(dǎo)體激光器
1.激光產(chǎn)業(yè)鏈
上游主要包括：泵浦源、增益介質(zhì)和諧振腔，中游主要是激光器和激光設(shè)備，下游主要是一些激光應(yīng)用領(lǐng)域。
激光設(shè)備主要包含激光切割、激光焊接、激光打標(biāo)、激光雕刻、激光鉆孔、醫(yī)療美容等10大領(lǐng)域。
下游應(yīng)用主要集中在汽車通信和電子信息領(lǐng)域。
2.半導(dǎo)體激光器
從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)上看，光纖激光器和半導(dǎo)體激光器將是主流。半導(dǎo)體激光器可以是單獨(dú)的激光器，也可以是連續(xù)光纖激光的泵浦源，半導(dǎo)體激光器的體積更小，光電轉(zhuǎn)換效率更高。由于光束質(zhì)量的區(qū)別，半導(dǎo)體激光器在工業(yè)中的應(yīng)用和光纖激光器存在某種程度的互補(bǔ)關(guān)系。
半導(dǎo)體激光器又被稱為激光二極管或鐳射管，英文簡(jiǎn)稱LD。
最常見(jiàn)的激光二極管實(shí)物圖及內(nèi)部連接圖
激光二極管的發(fā)光原理：激光二極管中的P-N結(jié)由兩個(gè)摻雜的砷化鎵形成，有兩個(gè)平端結(jié)構(gòu)，平行于一端鏡像（高度反射面）和一部分反射，要發(fā)射的光的波長(zhǎng)和連接處的長(zhǎng)度正相關(guān)。當(dāng)P-N結(jié)與外部電壓源正向偏置時(shí)，電子通過(guò)結(jié)移動(dòng)，并像普通二極管一樣重新組合。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)，光子被釋放。這些光子撞擊原子，導(dǎo)致更多的光子被釋放。隨著正向偏置電流的增加，更多的電子進(jìn)入耗盡區(qū)并導(dǎo)致更多的光子被發(fā)射。最終，在耗盡區(qū)內(nèi)隨機(jī)漂移的一些光子垂直照射反射表面，從而沿著它們的原始路徑反射回去。反射的光子再次從結(jié)的另一端反射回來(lái)。光子從一端到另一端的這種運(yùn)動(dòng)連續(xù)多次。在光子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于雪崩效應(yīng)，更多的原子會(huì)釋放更多的光子。這種反射和產(chǎn)生越來(lái)越多的光子的過(guò)程產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的激光束。
LD的基本工作原理
在上面解釋的發(fā)射過(guò)程中產(chǎn)生的每個(gè)光子與在能級(jí)、相位關(guān)系和頻率上的其他光子相同。因此，發(fā)射過(guò)程給出單一波長(zhǎng)的激光束。為了產(chǎn)生一束激光，必須使激光二極管的電流超過(guò)一定的閾值電平。低于閾值水平的電流迫使二極管表現(xiàn)為L(zhǎng)ED，發(fā)出非相干光。
激光二極管內(nèi)部包括四部分：
1）激光發(fā)射部分（一般用LD表示），作用是發(fā)射激光；
2）光電二極管，是激光的接收反饋器（一般用PD表示），作用是接收和監(jiān)測(cè)LD發(fā)出的激光，如果不需要監(jiān)測(cè)LD的輸出，可以不裝置PD，PD和LD兩部分之間需要共用公共電極，因此激光二極管一般有三個(gè)電極；
3）玻璃蓋片做的鏡頭，其作用是防塵和充當(dāng)諧振腔；
4）金屬外殼，主要有固定、屏蔽外界干擾信號(hào)和散熱的作用。
激光二極管構(gòu)造
激光二極管根據(jù)P-N結(jié)的不同，可以分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)（SH）、雙異質(zhì)結(jié)（DH）和量子阱（QW）激光二極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低、輸出功率高的優(yōu)點(diǎn)，是目前市場(chǎng)應(yīng)用的主流產(chǎn)品。
QW結(jié)構(gòu)類似于三明治，中間為很薄的半導(dǎo)體膜，外側(cè)是兩個(gè)隔離層。用激光朝QW中掃一下，可以讓半導(dǎo)體膜產(chǎn)生電子和正點(diǎn)空穴，后期電子和空穴結(jié)合，釋放出光子。一般將QW做薄，厚度不足30埃米，使得中間層產(chǎn)生的電子和空穴結(jié)合時(shí)，不以光子的形式釋放能量而以變化的電場(chǎng)的方式釋放能量。電池會(huì)讓附近的量子點(diǎn)形成新的電子和空穴，最終放出光子。
量子點(diǎn)、量子線、量子阱示意圖
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一般按照使用方式可以將半導(dǎo)體激光器分為泵浦源、直接半導(dǎo)體激光器。
按照功率可以分為100W以下的小功率激光器，100-1000瓦的中功率激光器，1kw以上的高功率激光器。
按照工作介質(zhì)可以分為硅基材料激光器、二四族激光器、三五族激光器。
按照波長(zhǎng)可以分為遠(yuǎn)紅外長(zhǎng)波激光器、紅外長(zhǎng)波激光，可見(jiàn)光激光器，按照應(yīng)用方向可以分為信息型激光器和功率型激光器。
半導(dǎo)體激光器分類
根據(jù)長(zhǎng)城證券援引的lasermarket research的數(shù)據(jù)，2014年全球半導(dǎo)體激光器市場(chǎng)規(guī)模為42.12億美元，預(yù)計(jì)2018年為56.16億美元，CAGR為7.46%。
根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，2017年我國(guó)直接半導(dǎo)體激光器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到?1.97?億元，增長(zhǎng)率為47.01%。目前因?yàn)榘雽?dǎo)體激光器受材料、成本和技術(shù)等因素限制，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小，但整體預(yù)計(jì)將持續(xù)擴(kuò)大。預(yù)計(jì)?2018?年直接半導(dǎo)體激光器市場(chǎng)規(guī)模將突破?2.7?億元。
2014-2018年全球半導(dǎo)體激光器市場(chǎng)規(guī)模
2016-2020 年中國(guó)直接半導(dǎo)體激光器市場(chǎng)規(guī)模
中國(guó)直接半導(dǎo)體激光器市場(chǎng)規(guī)模是全球市場(chǎng)規(guī)模的七十分之一，但平均增速是全球半導(dǎo)體激光器的6倍左右。
