半導體激光英文解釋翻譯、半導體激光的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【電】 semiconductor laser

分詞翻譯：

半導體的英語翻譯：

semiconductor
【計】 quasi-conductor; SC
【化】 semiconductor
【醫】 semiconductor

激光的英語翻譯：

laser
【化】 laser
【醫】 laser

專業解析

半導體激光（Semiconductor Laser），又稱激光二極管（Laser Diode, LD），是一種利用半導體材料作為增益介質産生激光的器件。其核心工作原理是半導體材料（通常是III-V族化合物，如砷化镓GaAs、磷化铟InP等）在電流注入或光泵浦下，發生粒子數反轉，當受激輻射超過損耗時，在光學諧振腔（通常由晶體的自然解理面構成法布裡-珀羅腔）内産生并放大特定波長的相幹光輸出。

詳細解釋：

基本結構與原理：
- 核心結構是一個PN結。當正向偏壓施加到PN結上時，電子和空穴分别從N區和P區注入到結區的有源層（Active Layer）内複合。
- 複合過程釋放能量，部分以光子的形式發射（自發輻射）。
- 在由半導體晶體的兩個平行解理端面構成的法布裡-珀羅諧振腔内，特定波長的光子在腔内來回反射。當注入電流足夠大，使得有源層内實現粒子數反轉（即處于高能級的電子數多于低能級），且光增益大于腔内的各種損耗（吸收、散射、端面輸出等）時，受激輻射過程占主導地位，産生具有高度方向性、單色性好、相幹性強的激光輸出。
關鍵特性：
- 波長範圍廣：通過改變半導體材料的組分（如GaAs, InGaAs, GaN, AlGaInP等），輸出波長可覆蓋從紫外到遠紅外（約375nm至2000nm以上）的廣闊範圍。
- 效率高：電光轉換效率較高（通常在10%-50%以上）。
- 體積小、重量輕：結構緊湊，易于集成。
- 壽命長、可靠性高：現代半導體激光器壽命可達數萬至數十萬小時。
- 調制速度快：可通過直接調制注入電流實現GHz量級的高速調制，適用于光通信。
- 工作電流/電壓低：通常隻需較低的驅動電流和電壓。
主要類型：
- 法布裡-珀羅激光二極管：最基本的結構。
- 分布反饋激光器：在諧振腔内引入光栅結構，實現單縱模輸出，線寬窄。
- 分布布拉格反射鏡激光器：使用光栅作為反射鏡。
- 垂直腔面發射激光器：激光垂直于芯片表面發射，易于二維陣列集成。
- 量子阱激光器：有源區為量子阱結構，阈值電流低，效率高。
- 量子點激光器：有源區為量子點，性能潛力更大。
應用領域：
- 光通信：光纖通信系統的核心光源。
- 數據存儲： CD, DVD, Blu-ray等光盤讀寫頭。
- 激光打印與複印：激光打印機、複印機的光源。
- 條碼掃描：超市、倉庫等使用的條碼/二維碼掃描器。
- 激光指示器：教學、演示用激光筆。
- 材料加工：低功率的切割、打标、焊接（如塑料焊接）。
- 醫療：激光醫療設備（如眼科手術、皮膚治療）、診斷儀器光源。
- 傳感：激光測距、氣體傳感、速度傳感等。
- 顯示：激光投影、微型投影儀光源。
- 泵浦源：用于泵浦固體激光器、光纖激光器。

英文對應術語：

半導體激光: Semiconductor Laser
激光二極管: Laser Diode (LD)
粒子數反轉: Population Inversion
受激輻射: Stimulated Emission
自發輻射: Spontaneous Emission
光學諧振腔: Optical Cavity / Resonator
法布裡-珀羅腔: Fabry-Perot Cavity
有源層: Active Layer
正向偏壓: Forward Bias
阈值電流: Threshold Current
量子阱激光器: Quantum Well Laser
垂直腔面發射激光器: Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL)
分布反饋激光器: Distributed Feedback Laser (DFB Laser)
分布布拉格反射鏡激光器: Distributed Bragg Reflector Laser (DBR Laser)

公式補充：激光振蕩的阈值條件（增益等于損耗）可表示為： $$ g_{th} = alpha_i + frac{1}{2L} ln left( frac{1}{R_1 R_2} right) $$ 其中：

$g_{th}$ 是阈值增益系數，
$alpha_i$ 是内部損耗系數，
$L$ 是諧振腔長度，
$R_1$, $R_2$ 是兩個腔鏡的反射率。

參考來源：

《激光原理》 (周炳琨等編著) - 經典教材，系統闡述激光原理，包含半導體激光器章節。
《半導體激光器基礎》 (黃德修編著) - 專門介紹半導體激光器的原理、結構、特性與應用。
《Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices》 (S. O. Kasap) - 國際經典教材，涵蓋光電子器件原理，包括半導體激光器。
IEEE Photonics Society - 國際權威光電專業組織，其期刊（如 IEEE Journal of Quantum Electronics, IEEE Photonics Technology Letters）和會議發布最新半導體激光器研究成果。

網絡擴展解釋

半導體激光是以半導體材料為工作介質，通過電子能帶間躍遷産生受激輻射的相幹光輸出技術。以下是其核心要點：

一、基本概念與原理

定義
半導體激光器（Laser Diode）利用半導體材料的P-N結結構，在正向偏壓下注入載流子，通過受激輻射實現光放大。其核心構造包括雙異質結、有源層和諧振腔，材料多為镓（Ga）、砷（As）、铟（In）、磷（P）等化合物（如GaAs、InP）。
工作原理
滿足三個基本條件：
- 增益條件：載流子在導帶與價帶間形成反轉分布，通過電子-空穴複合釋放光子。
- 諧振反饋：利用半導體晶體的解理面構成反射鏡，形成光學諧振腔，使光振蕩放大。
- 阈值條件：注入電流達到臨界值，使增益克服損耗，輸出穩定激光。

二、結構與技術特點

典型結構
- 雙異質結設計：金屬包層夾持發光層（有源層），限制載流子和光子擴散，提升效率。
- 條狀諧振腔：控制光束發散角，快軸（垂直芯片）發散角大于慢軸（平行芯片），需特殊光學整形。
技術優勢
- 小型高效：體積小、電光轉換效率高（30%~70%），適合集成化應用。
- 長壽命：工作壽命達10萬小時以上，可靠性強。
- 波長靈活：通過材料組合（如GaAlAs）和合束技術，可覆蓋紫外至紅外波段。

三、應用領域

工業與通信
- 光纖通信、激光打印、精密加工（切割/焊接）等，依賴其高功率和波長可調性。
- 合束技術可将多個激光器功率疊加，滿足材料處理需求（如銅與Al₂O₃的複合加工）。
醫療與消費電子
- 醫療領域用于無創手術、理療（如促進組織修複、改善血液循環）。
- 消費級産品如激光筆、光盤讀取頭等。

四、補充說明

曆史發展：1962年首次激發，1970年實現室溫連續輸出，技術持續疊代至高性能商用階段。
技術挑戰：高功率下的熱管理、光束質量控制仍需優化。

如需進一步了解具體應用案例或技術參數，可參考來源網頁。