半導體激光器是指以半導體材料為工作物質的激光器，又稱半導體激光二極管（LD），是20世紀60年代發展起來的一種激光器。半導體激光器的工作物質有幾十種，例如砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）等，激勵方式主要有電注入式、光泵式和高能電子束激勵式三種。半導體激光器從最初的低溫（77K）下運轉發展到室溫下連續工作；從同質結發展成單異質結、雙異質結、量子阱（單、多量子阱）等多種形式。半導體激光器因其波長的擴展、高功率激光陣列的出現以及可兼容的光纖導光和激光能量參數微機控制的出現而迅速發展。半導體激光器的體積小、重量輕、成本低、波長可選擇，其應用遍布臨床、加工制造、軍事，其中尤以大功率半導體激光器方面取得的進展最為突出。

半導體激光器的應用

半導體激光器是成熟較早、進展較快的一類激光器，由于它的波長范圍寬，制作簡單、成本低、易于大量生產，并且由于體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發展快，應用范圍廣，目前已超過300種。半導體激光器的最主要應用領域是Gb局域網，850hm波長的半導體激光器適用于》1Gh／s局域網，1300hm一1550nto波長的半導體激光器適用于10Gb局域網系統”1。半導體激光器的應用范圍覆蓋了整個光電子學領域，已成為當今光電子科學的核心技術。半導體激光器在激光測距、激光雷達、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等方面獲得了廣泛的應用，形成了廣闊的市場。

1978年，半導體激光器開始應用于光纖通信系統，半導體激光器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過大規模集成電路平面工藝組成光電子系統。由于半導體激光器有著超小型、高效率和高速工作的優異特點，所以這類器件的發展，一開始就和光通信技術緊密結合在一起，它在光通信、光變換、光互連、并行光波系統、光信息處理和光存貯、光計算機外部設備的光

耦合等方面有重要用途。半導體激光器的問世極大地推動了信息光電子技術的發展，到如今，它是當前光通信領域中發展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源。半導體激光器再加上低損耗光纖，對光纖通信產生了重大影響，并加速了它的發展。因此可以說，沒有半導體激光器的出現，就沒有當今的光通信。GaAs／GaAIAs雙異質結激光器是光纖通信和大氣通信的重要光源，如今，凡是長距離、大容量的光信息傳輸系統無不都采用分布反饋式半導體激光器（DFB—LD）。半導體激光器也廣泛地應用于光盤技術中，光盤技術是集計算技術、激光技術和數字通信技術于一體的綜合性技術。是大容量、高密度、快速有效和低成本的信息存儲手段，它需要半導體激光器產生的光束將信息寫入和讀出。

下面我們具體來看看幾種常用的半導體激光器的應用：

量子阱半導體大功率激光器在精密機械零件的激光加工方面有重要應用，同時也成為固體激光器最理想的、高效率泵浦光源。由于它的高效率、高可靠性和小型化的優點，導致了固體激光器的不斷更新-在印刷業和醫學領域，高功率半導體激光器也有應用。另外，如長波長激光器（1976年，人們用GaInAsP／lnP實現了長波長激光器）用于光通信，短波長激光器用于光盤讀出。

自從NaKamura實現了GatnN／QaN藍光激光器，可見光半導體激光器在光盤系統中得到了廣泛應用，如cD播放器，DVD系統和高密度光存儲器。可見光面發射激光器在光盤、打印機、顯示器中都有著很重要的應用，特別是紅光、綠光和藍光面發射激光器的應用更廣泛。藍綠光半導體激光器用于水下通信、激光打印、高密度信息讀寫、深水探測及應用于大屏幕彩色顯示和高清晰度彩色電視機中。總之，可見光半導體激光器在用作彩色顯示器光源、光存貯的讀出和寫入，激光打印、激光印刷、高密度光盤存儲系統、條碼讀出器以及固體激光器的泵浦源等方面有著廣泛的用途。量子級聯激光的新型激光器應用于環境檢測和醫檢領域。

另外，由于半導體激光器可以通過改變磁場或調節電流實現波長調諧，且已經可以獲得線寬很窄的激光輸出，因此利用半導體激光器可以進行高分辨光譜研究。可調諧激光器是深入研究物質結構而迅速發展的激光光譜學的重要工具。大功率中紅外（3—5郵，）LD在紅外對抗、紅外照明、激光雷達、大氣窗121、自由空聞通信、大氣監 視和化學光譜學等方面有廣泛的應用。

綠光到紫外光的垂直腔面發射器在光電子學中得到了廣泛的應用，如超高密度、光存儲。近場光學方案被認為是實現高密度光存儲的重要手段。垂直腔面發射激光器還可用在全色平板顯示、大面積發射、照明、光信號、光裝飾、紫外光刻、激光加工和醫療等方面。

如前所述，半導體激光器自20世紀80年代初以來，由于取得了DFB動態單縱模激光器的研制成功和實用化，最子阱和應變層量子阱激光器的出現，大功率激光器及其列陣的進展，可見光激光器的研制成功，面發射激光器的實現、單極性注入半導體激光器的研制等等一系列的重大突破，半導體激光器的應用越來越廣泛，半導體激光器已成為激光產業的主要組成部分，目前已成為各國發展信息、通信、家電產業及軍事裝備不可缺少的重要基礎。

半導體激光的醫學應用

半導體激光器因其波長的擴展、高功率激光陣列的出現以及可兼容的光纖導光和激光能量參數微機控制的出現而迅速發展。半導體激光器體積小、重量輕、成本低、波長可選擇，其臨床應用覆蓋了其他類型激光的應用范圍。主要應用于光譜技術、干涉技術、臨床標本或組織的檢測和診斷、臨床治療。

1 醫學中的監測和診斷

激光在基礎醫學最成功的應用是為分析細胞學提供了最先進的儀器。毫無疑問，半導體激光的發展將為激光醫用儀器的微型化拓寬道路。

激光多普勒技術

激光多普勒技術在許多場合都得到應用，但所用儀器都有體積大、需水冷、易受干擾等缺點。而半導體激光技術的引入，如：利用%個穩頻的半導體激光器可以產生測速時所需要的光頻移F“G，利用光外差技術可以去掉光頻移的波動并從散射光信號中得到多普勒頻率；用半導體激光器泵浦的H4：IJK環行激光器通過不同折射率及長度的光纖產生測速時所需范圍內光頻移，并用正交信號去辨別流向等。這些技術消去了以前必不可少頻移元件L如聲光調制盒M，使得儀器體積大大縮小、抗干擾能力增強，而且使入射激光束功率也有很大提高。

（1）激光多普勒測速儀通過記錄激光照射下血細胞因運動而產生的散射光的頻移，從而推算被檢測組織的血流量。常見以He-Ne等激光器為光源，光纖作為光源和探測器的聯結器，激光管的升溫使得輸出信號產生波動，多普勒信號也會被光纖的移動所干擾。用半導體激光二極管制作的多普勒測速儀體積小，價格便宜，而且更重要的是性能更加穩定，克服了其它激光易產生的干擾情況

（2）激光多普勒成像，可進行血流探測，活體人血成像，多散射光子程長分布的探測，介質內部懸浮液的激光多普勒顯微探測，人視網膜血流的彩色多普勒BT&成像等多方面的應用與研究。半導體激光波長范圍寬，可滿足儀器不同波段的需求，同時又具備體積小、價格低、性能穩定的優點，將是今后該領域發展的主要方向。

激光共聚焦掃描顯微鏡

激光掃描顯微鏡是激光技術、顯微技術、光度技術以及計算機圖像分析技術相結合的產物。

（1）單光子激光掃描顯微鏡，即常用的激光共聚焦掃描顯微鏡，成像清晰、精確、客觀，較傳統顯微鏡有著不可比擬的優勢，是分析細胞學研究的有力工具。

（2）多光子激光掃描顯微鏡，其在三維分辨率、深度侵入、在散射效率、背景光、信噪比、控制等方面，具有激光共聚焦掃描顯微鏡不具備，或無法比擬的超越特性，尤其適用于活細胞結構和功能的實時動態變化過程的分析檢測。

激光全息技術

全息技術是利用激光束將物體外形的各種特點記錄在一個具有高分辨率的感光底片上，同時來自物光和參考光的%束光波照射，把物光的相位信息和強度信息都記錄在感光底片上，再現與物體十分逼真的立體像。激光全息圖常用于牙科、眼科以及診斷乳腺癌、膀胱癌等。

拍攝一張質量好的全息圖，對激光器的要求是很嚴格。與常用的紅寶石激光器、He-Ne激光器、氫離子激光器等相比，它的相干性較差，拍攝時要求參考光、物光接近零程差，加之其光斑光強分布很不均勻，因此在拍攝全息圖時光路調節較麻煩。但據有關文獻，這些問題可以通過對多模光纖束的設計解決，從而克服了半導體激光器應用于全息技術的缺點和局限性。同時，半導體激光器具有體積小、成本低、壽命長、使用方便、安全的特點，因此用它作光源拍攝全息圖有實用意義。

2 臨床生物效應應用

生物組織吸收激光能量后將其光能轉變成熱能，在此過程中因熱反應所致的局部組織效應程度不同而又有不同的應用。半導體激光輸出波長600-8500nm，連續或脈沖，功率從幾毫瓦到上百瓦，小功率可用于血管或體外照射，大功率則可用于外科手術。

組織焊接

激光焊接技術始于（“世紀）”年代，主要應用于神經、血管、腸管、皮膚以及視網膜的焊接。半導體激光焊接組織具有炎癥反應輕、形成粘連少、愈合快、瘢痕不明顯、操作簡單、手術時間短等特點。H.Sprague Eustis等利用半導體激光結合冷凍療法治療早產兒視網膜疾病，效果明顯好于單獨使用冷凍療法也好于單獨使用激光治療，術后并發癥發生率降低。根據I.C.D.Y.M.Wolf –de Jonge2的統計，使用半導體激光焊接血管其焊接點平均破裂壓力為409mmHg，與其它常用激光相比居中，但其術后動脈瘤生成概率最低。研究表明，激光焊接組織時使用蛋白質等生物焊接劑將增加抗拉強度，而焊接劑的濃度和染色濃度對半導體激光焊接組織的抗拉強度都有很大影響。，隨著焊料的不斷發展，半導體激光組織焊接牢固性也不斷增強，同時其具有功率大、使用方便、操作簡單、價格低的優點。因此，半導體激光在組織吻合方面大有取代傳統縫合的趨勢。

組織切割

繼Nd:YAG激光之后，高功率半導體激光已成為目前最新一代的醫用光刀，對組織照射較深穿透，因此，進行組織切割比較理想。龔卓對168例半導體激光手術進行統計后得到各科室手術的平均功率為： 婦產科11.25W，耳鼻喉科11.59W，神經外科8.67W，泌尿外科28.70W。不同科別之間有極顯著差異，從而提示半導體激光的功率預置應根據不同組織類型和使用環境有所區別。王勉鏡對980nm半導體激光刀與810nm半導體激光刀進行比較，前者平均使用功率均低于后者，認為980nm半導體激光在切割、凝固等方面應用效果好于$H“&’半導體激光刀。Bertrand C.Devaux M.D等對中樞神經腫瘤應用半導體激光切割，輸出功率從1W到25W不等，深色腫瘤使用接觸式連續波散焦3-10W止血，10-25W汽化或脈沖聚焦汽化；而對淺色組織由于半導體激光的穿透較深，應選用接觸模式，輸出功率則有相應變化。

照射、理療

弱激光的刺激效應可以加強局部血液循環、提高免疫功能、調整機能、促進細胞生長、組織修復等作用，達到治療疾病的目的。

半導體激光在口腔科的照射應用較廣，對于急性根尖炎、急性冠周炎、干槽癥、根充后疼痛、口腔潰瘍、糜爛型扁平苔蘚、顳頜關節功能紊亂、牙齦炎、牙本質過敏等等各種口腔疾病都有應用7H（8。半導體激光照射治療對口腔科常見的急慢性疾病有著較好的療效，總有效率可達86.25%，值得臨床推廣應用。在楊淑蘭、張潔等比較半導體激光和He-Ne激光照射治療五官科疾病中，半導體激光治療有效率明顯高于He-Ne激光治療有效率。沈國榮，金文潮等在830nm半導體激光防齲實驗中：實驗組齲壞率遠小于非照射組，故半導體激光防治齲也是一種有效、安全，值得繼續發展的治療方法。

與Er激光、Ho激光等激光相比，半導體激光對人組織穿透較深，可引起較深層組織的生物效應。用其照射患部可改善局部血液循環，增加局部營養物質和氧的交換，增強代謝作用，促進血管再生、受損神經組織的恢復。楊中偉對比了632.8nm的He-Ne激光和650-810nm雙波長半導體激光在耳鼻喉科疾病中的療效，前者總有效率91.4%，后者總有效率96%以上。葉美云，陳榮利用650nm的半導體激光對各種鼻炎照射治療，輸出功率20-60mW總有效率達97.5%。其中急性鼻炎、慢性單純性鼻炎，療效顯著；過敏性鼻炎及慢性肥厚性鼻炎次之；萎縮性鼻炎療效稍差。

眼科應用較多的主要是光凝治療。眼睛不同組織對不同波長的吸收率差別很大，半導體激光波長范圍寬，因此選擇時應根據組織的不同而選擇相應的波長。Scott A.Pastor MD在對眼科光凝的回顧研究中指出，半導體激光穿過鞏膜光凝效果與Nd：YAG激光相比無顯著差異，因此可以替代之。司馬晶比較了半導體激光與氬激光，指出半導體激光穿透力較強，作用位置較深，可經鞏膜行睫狀體光凝術；能穿透混濁的晶體和玻璃體進行治療；能透過出血區直接作用于視網膜色素上皮及脈絡膜；作用于視網膜色素上皮及脈絡膜色素上皮時不會因為神經上皮受損而造成視力和視野的損害，尤其對黃斑區的病變及中心凹下脈胳膜新生血管等，具有保留有限的中心視力的優點。Edoardo Midena等利用810nm半導體激光經瞳孔照射溫熱療法對眼底惡性黑色素瘤的檢測和治療進行了初步探討，提示這可能是一種治療脈絡膜黑色素瘤的新方法。但同時半導體激光也有明顯缺點7（H8：光凝局部視網膜出現反應的時間較長，若半導體激光光凝后即刻出現與氬激光相似的反應，則光凝已過量。因此，半導體激光作為眼底病光凝光斑反應較難掌握，后期光斑癱痕擴大、光斑融合，色素沉著現象極顯著。

He-Ne激光血管內照射治療發展已有10年，用以治療一些缺血性疾病，如：高脂血癥、高粘血癥、高血壓，腦血栓后遺癥，心腦供血不足，冠心病，動脈硬化，腦梗塞，腦中風，心絞痛，心肌梗塞等疾病，效果非常好。近年來，半導體激光血管外照射治療此類疾病的研究應用也逐漸增多。半導體激光血管外照射治療和藥物治療效果相比，半導體激光血管外照射治療能降低血液流變學等多項指標，并且與藥物治療有顯著差異；與He-Ne激光血管內照射相比則無顯著差異（數據相近）。但半導體激光血管外照射在治療過程中不需刺破皮膚、血管，因此操作、應用都優于He-Ne激光血管內照射。在治療疼痛性疾病方面，Eiichi Sakuraba，Akiko Sekine等研究和評估了連續波和脈沖式半導體激光對疼痛緩解的療效，指出半導體激光對疼痛緩解有明顯作用，而且當輸出總能量相同時，脈沖激光照射對表面的麻醉比連續激光照射更有效。此外，半導體激光器照射治療糖尿病性潰瘍、皮膚創傷、神經衰弱、小兒肺炎、腦梗死、心肌梗塞等等都有應用的報導。

激光針灸與我國傳統的針灸相類似，但它除了刺激穴位外，還加上了弱激光本身的生物效應。632nm的光波被稱為“光維他命”，因此利用半導體激光進行穴位照射時最好選用與此相近的波長（如632.8nm）。半導體激光穴位照射與常規治療相結合在許多疾病的治療上都得到滿意的效果，同時半導體激光器體積小、價格低，在理療保健方面有進入一般家庭的趨勢，我們相信，這也是半導體激光器使用的發展方向之一。

我們知道，半導體激光器缺點是激光性能受溫度影響大，光束的發散角較大，所以在方向性、單色性和相干性等方面較差。但隨著科學技術的迅速發展，半導體激光器的研究正向縱深方向推進，半導體激光器的性能在不斷提高。目前半導體激光器的功率可以達到很高的水平而且光束質量也有了很大的提高。因此半導體激光器在醫學應用上將取得更大的進展，發揮更大的作用。