第四屆“創(chuàng)意光電”科普大賽參賽作品展示（26）：半導(dǎo)體激光器——人類通訊的助推劑

半導(dǎo)體激光器——人類通訊的助推劑

參賽者：喻盼盼、李國(guó)炯、李穎

指導(dǎo)老師：國(guó)偉華、陸巧銀

大家都知道手機(jī)通訊如此便捷得益于無線通信（常稱Wi-Fi），卻沒有人深究跨海越洋的大容量光纜構(gòu)成的光通信網(wǎng)絡(luò)大平臺(tái)，更是忽略了“小小身體”卻擁有著高效率的半導(dǎo)體激光器在其中的巨大作用。半導(dǎo)體激光器由諧振腔、增益介質(zhì)、泵浦源構(gòu)成，發(fā)射出能作為信息載體的激光。在通信過程中，首先將信息編碼為數(shù)字電流信號(hào)，加載到激光器上，半導(dǎo)體激光器泵浦出光，光信號(hào)在光纖中低損耗傳輸，在輸出端解調(diào)為電信號(hào)，還原信息內(nèi)容。本科普基于研究生課程《半導(dǎo)體激光器及其應(yīng)用》，講述了半導(dǎo)體激光器在光通信中的應(yīng)用及其基本原理和構(gòu)成。

希望通過該作品，能夠激發(fā)其他行業(yè)人員和中小學(xué)生們對(duì)它們的了解和興趣！

人類通訊由低速——高速的巨變

從語(yǔ)言使用、文字創(chuàng)造、電話電報(bào)的出世到計(jì)算機(jī)和光通信網(wǎng)絡(luò)的建立，都是人們?yōu)榱俗非蟾咝Э焖俳涣鞯膭?chuàng)造性成果。

直到 20 世紀(jì) 60 年代，半導(dǎo)體激光器和低損耗光纖等相關(guān)光技術(shù)的發(fā)展徹底改變了光通信的方式，將光通信技術(shù)推向高速發(fā)展期。

光纖通訊的過程

在發(fā)送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度(頻率)變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。

半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理

半導(dǎo)體激光器制備流程

制備流程包括：外延生長(zhǎng)、光柵刻蝕、二次外延生長(zhǎng)、波導(dǎo)刻蝕、BCB 涂敷與固化、P電極蒸鍍、襯底減薄、N電極蒸鍍。

量子阱半導(dǎo)體激光器芯片

半導(dǎo)體激光器應(yīng)用于光纖通信優(yōu)勢(shì)：體積小；重量輕；可直接電調(diào)制；相干性高；易于集成。

半導(dǎo)體激光器的其他應(yīng)用

半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類激光器，由于它的波長(zhǎng)范圍寬，制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，目前已超過300種。不僅應(yīng)用于光通信領(lǐng)域，也在生物醫(yī)療、激光雷達(dá)、氣體探測(cè)、軍事對(duì)抗和光存儲(chǔ)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。