半導(dǎo)體激光器是指以半導(dǎo)體材料為工作物質(zhì)的激光器，又稱半導(dǎo)體激光二極管（LD），是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種激光器。半導(dǎo)體激光器的工作物質(zhì)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(dǎo)體激光器從最初的低溫（77K）下運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)展到室溫下連續(xù)工作；從同質(zhì)結(jié)發(fā)展成單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)、量子阱（單、多量子阱）等多種形式。半導(dǎo)體激光器因其波長的擴(kuò)展、高功率激光陣列的出現(xiàn)以及可兼容的光纖導(dǎo)光和激光能量參數(shù)微機(jī)控制的出現(xiàn)而迅速發(fā)展。半導(dǎo)體激光器的體積小、重量輕、成本低、波長可選擇，其應(yīng)用遍布臨床、加工制造、軍事，其中尤以大功率半導(dǎo)體激光器方面取得的進(jìn)展最為突出。

半導(dǎo)體激光器的應(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，由于它的波長范圍寬，制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，目前已超過300種。半導(dǎo)體激光器的最主要應(yīng)用領(lǐng)域是Gb局域網(wǎng)，850hm波長的半導(dǎo)體激光器適用于》1Gh／s局域網(wǎng)，1300hm一1550nto波長的半導(dǎo)體激光器適用于10Gb局域網(wǎng)系統(tǒng)”1。半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個光電子學(xué)領(lǐng)域，已成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù)。半導(dǎo)體激光器在激光測距、激光雷達(dá)、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導(dǎo)跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，形成了廣闊的市場。

1978年，半導(dǎo)體激光器開始應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)，半導(dǎo)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(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng)。由于半導(dǎo)體激光器有著超小型、高效率和高速工作的優(yōu)異特點(diǎn)，所以這類器件的發(fā)展，一開始就和光通信技術(shù)緊密結(jié)合在一起，它在光通信、光變換、光互連、并行光波系統(tǒng)、光信息處理和光存貯、光計算機(jī)外部設(shè)備的光

耦合等方面有重要用途。半導(dǎo)體激光器的問世極大地推動了信息光電子技術(shù)的發(fā)展，到如今，它是當(dāng)前光通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源。半導(dǎo)體激光器再加上低損耗光纖，對光纖通信產(chǎn)生了重大影響，并加速了它的發(fā)展。因此可以說，沒有半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)，就沒有當(dāng)今的光通信。GaAs／GaAIAs雙異質(zhì)結(jié)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(tǒng)無不都采用分布反饋式半導(dǎo)體激光器（DFB—LD）。半導(dǎo)體激光器也廣泛地應(yīng)用于光盤技術(shù)中，光盤技術(shù)是集計算技術(shù)、激光技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)。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(dǎo)體激光器產(chǎn)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(dǎo)體激光器的應(yīng)用：

量子阱半導(dǎo)體大功率激光器在精密機(jī)械零件的激光加工方面有重要應(yīng)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(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致了固體激光器的不斷更新-在印刷業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，高功率半導(dǎo)體激光器也有應(yīng)用。另外，如長波長激光器（1976年，人們用GaInAsP／lnP實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)了GatnN／QaN藍(lán)光激光器，可見光半導(dǎo)體激光器在光盤系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，如cD播放器，DVD系統(tǒng)和高密度光存儲器?？梢姽饷姘l(fā)射激光器在光盤、打印機(jī)、顯示器中都有著很重要的應(yīng)用，特別是紅光、綠光和藍(lán)光面發(fā)射激光器的應(yīng)用更廣泛。藍(lán)綠光半導(dǎo)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(yīng)用于大屏幕彩色顯示和高清晰度彩色電視機(jī)中?？傊?，可見光半導(dǎo)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(tǒng)、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(lián)激光的新型激光器應(yīng)用于環(huán)境檢測和醫(yī)檢領(lǐng)域。

另外，由于半導(dǎo)體激光器可以通過改變磁場或調(diào)節(jié)電流實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧，且已經(jīng)可以獲得線寬很窄的激光輸出，因此利用半導(dǎo)體激光器可以進(jìn)行高分辨光譜研究?？烧{(diào)諧激光器是深入研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)而迅速發(fā)展的激光光譜學(xué)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(dá)、大氣窗121、自由空聞通信、大氣監(jiān) 視和化學(xué)光譜學(xué)等方面有廣泛的應(yīng)用。

綠光到紫外光的垂直腔面發(fā)射器在光電子學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，如超高密度、光存儲。近場光學(xué)方案被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高密度光存儲的重要手段。垂直腔面發(fā)射激光器還可用在全色平板顯示、大面積發(fā)射、照明、光信號、光裝飾、紫外光刻、激光加工和醫(yī)療等方面。

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

半導(dǎo)體激光的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

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

1 醫(yī)學(xué)中的監(jiān)測和診斷

激光在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)最成功的應(yīng)用是為分析細(xì)胞學(xué)提供了最先進(jìn)的儀器。毫無疑問，半導(dǎo)體激光的發(fā)展將為激光醫(yī)用儀器的微型化拓寬道路。

激光多普勒技術(shù)

激光多普勒技術(shù)在許多場合都得到應(yīng)用，但所用儀器都有體積大、需水冷、易受干擾等缺點(diǎn)。而半導(dǎo)體激光技術(shù)的引入，如：利用%個穩(wěn)頻的半導(dǎo)體激光器可以產(chǎn)生測速時所需要的光頻移F“G，利用光外差技術(shù)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(dǎo)體激光器泵浦的H4：IJK環(huán)行激光器通過不同折射率及長度的光纖產(chǎn)生測速時所需范圍內(nèi)光頻移，并用正交信號去辨別流向等。這些技術(shù)消去了以前必不可少頻移元件L如聲光調(diào)制盒M，使得儀器體積大大縮小、抗干擾能力增強(qiáng)，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(xì)胞因運(yùn)動而產(chǎn)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(lián)結(jié)器，激光管的升溫使得輸出信號產(chǎn)生波動，多普勒信號也會被光纖的移動所干擾。用半導(dǎo)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(wěn)定，克服了其它激光易產(chǎn)生的干擾情況

（2）激光多普勒成像，可進(jìn)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(zhì)內(nèi)部懸浮液的激光多普勒顯微探測，人視網(wǎng)膜血流的彩色多普勒BT&成像等多方面的應(yīng)用與研究。半導(dǎo)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(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，將是今后該領(lǐng)域發(fā)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(shù)、顯微技術(shù)、光度技術(shù)以及計算機(jī)圖像分析技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)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(tǒng)顯微鏡有著不可比擬的優(yōu)勢，是分析細(xì)胞學(xué)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(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的實(shí)時動態(tài)變化過程的分析檢測。

激光全息技術(shù)

全息技術(shù)是利用激光束將物體外形的各種特點(diǎn)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(qiáng)度信息都記錄在感光底片上，再現(xiàn)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(zhì)量好的全息圖，對激光器的要求是很嚴(yán)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(qiáng)分布很不均勻，因此在拍攝全息圖時光路調(diào)節(jié)較麻煩。但據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，這些問題可以通過對多模光纖束的設(shè)計解決，從而克服了半導(dǎo)體激光器應(yīng)用于全息技術(shù)的缺點(diǎn)和局限性。同時，半導(dǎo)體激光器具有體積小、成本低、壽命長、使用方便、安全的特點(diǎn)，因此用它作光源拍攝全息圖有實(shí)用意義。

2 臨床生物效應(yīng)應(yīng)用

生物組織吸收激光能量后將其光能轉(zhuǎn)變成熱能，在此過程中因熱反應(yīng)所致的局部組織效應(yīng)程度不同而又有不同的應(yīng)用。半導(dǎo)體激光輸出波長600-8500nm，連續(xù)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(shù)。

組織焊接

激光焊接技術(shù)始于（“世紀(jì)）”年代，主要應(yīng)用于神經(jīng)、血管、腸管、皮膚以及視網(wǎng)膜的焊接。半導(dǎo)體激光焊接組織具有炎癥反應(yīng)輕、形成粘連少、愈合快、瘢痕不明顯、操作簡單、手術(shù)時間短等特點(diǎn)。H.Sprague Eustis等利用半導(dǎo)體激光結(jié)合冷凍療法治療早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜疾病，效果明顯好于單獨(dú)使用冷凍療法也好于單獨(dú)使用激光治療，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率降低。根據(jù)I.C.D.Y.M.Wolf –de Jonge2的統(tǒng)計，使用半導(dǎo)體激光焊接血管其焊接點(diǎn)平均破裂壓力為409mmHg，與其它常用激光相比居中，但其術(shù)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(zhì)等生物焊接劑將增加抗拉強(qiáng)度，而焊接劑的濃度和染色濃度對半導(dǎo)體激光焊接組織的抗拉強(qiáng)度都有很大影響。，隨著焊料的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體激光組織焊接牢固性也不斷增強(qiáng)，同時其具有功率大、使用方便、操作簡單、價格低的優(yōu)點(diǎn)。因此，半導(dǎo)體激光在組織吻合方面大有取代傳統(tǒng)縫合的趨勢。

組織切割

繼Nd:YAG激光之后，高功率半導(dǎo)體激光已成為目前最新一代的醫(yī)用光刀，對組織照射較深穿透，因此，進(jìn)行組織切割比較理想。龔卓對168例半導(dǎo)體激光手術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計后得到各科室手術(shù)的平均功率為： 婦產(chǎn)科11.25W，耳鼻喉科11.59W，神經(jīng)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(dǎo)體激光的功率預(yù)置應(yīng)根據(jù)不同組織類型和使用環(huán)境有所區(qū)別。王勉鏡對980nm半導(dǎo)體激光刀與810nm半導(dǎo)體激光刀進(jìn)行比較，前者平均使用功率均低于后者，認(rèn)為980nm半導(dǎo)體激光在切割、凝固等方面應(yīng)用效果好于$H“&’半導(dǎo)體激光刀。Bertrand C.Devaux M.D等對中樞神經(jīng)腫瘤應(yīng)用半導(dǎo)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(xù)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(dǎo)體激光的穿透較深，應(yīng)選用接觸模式，輸出功率則有相應(yīng)變化。

照射、理療

弱激光的刺激效應(yīng)可以加強(qiáng)局部血液循環(huán)、提高免疫功能、調(diào)整機(jī)能、促進(jìn)細(xì)胞生長、組織修復(fù)等作用，達(dá)到治療疾病的目的。

半導(dǎo)體激光在口腔科的照射應(yīng)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(guān)節(jié)功能紊亂、牙齦炎、牙本質(zhì)過敏等等各種口腔疾病都有應(yīng)用7H（8。半導(dǎo)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(dá)86.25%，值得臨床推廣應(yīng)用。在楊淑蘭、張潔等比較半導(dǎo)體激光和He-Ne激光照射治療五官科疾病中，半導(dǎo)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(dǎo)體激光防齲實(shí)驗(yàn)中：實(shí)驗(yàn)組齲壞率遠(yuǎn)小于非照射組，故半導(dǎo)體激光防治齲也是一種有效、安全，值得繼續(xù)發(fā)展的治療方法。

與Er激光、Ho激光等激光相比，半導(dǎo)體激光對人組織穿透較深，可引起較深層組織的生物效應(yīng)。用其照射患部可改善局部血液循環(huán)，增加局部營養(yǎng)物質(zhì)和氧的交換，增強(qiáng)代謝作用，促進(jìn)血管再生、受損神經(jīng)組織的恢復(fù)。楊中偉對比了632.8nm的He-Ne激光和650-810nm雙波長半導(dǎo)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(dǎo)體激光對各種鼻炎照射治療，輸出功率20-60mW總有效率達(dá)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(yīng)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(dǎo)體激光波長范圍寬，因此選擇時應(yīng)根據(jù)組織的不同而選擇相應(yīng)的波長。Scott A.Pastor MD在對眼科光凝的回顧研究中指出，半導(dǎo)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(dǎo)體激光與氬激光，指出半導(dǎo)體激光穿透力較強(qiáng)，作用位置較深，可經(jīng)鞏膜行睫狀體光凝術(shù)；能穿透混濁的晶體和玻璃體進(jìn)行治療；能透過出血區(qū)直接作用于視網(wǎng)膜色素上皮及脈絡(luò)膜；作用于視網(wǎng)膜色素上皮及脈絡(luò)膜色素上皮時不會因?yàn)樯窠?jīng)上皮受損而造成視力和視野的損害，尤其對黃斑區(qū)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(yōu)點(diǎn)。Edoardo Midena等利用810nm半導(dǎo)體激光經(jīng)瞳孔照射溫?zé)岑煼▽ρ鄣讗盒院谏亓龅臋z測和治療進(jìn)行了初步探討，提示這可能是一種治療脈絡(luò)膜黑色素瘤的新方法。但同時半導(dǎo)體激光也有明顯缺點(diǎn)7（H8：光凝局部視網(wǎng)膜出現(xiàn)反應(yīng)的時間較長，若半導(dǎo)體激光光凝后即刻出現(xiàn)與氬激光相似的反應(yīng)，則光凝已過量。因此，半導(dǎo)體激光作為眼底病光凝光斑反應(yīng)較難掌握，后期光斑癱痕擴(kuò)大、光斑融合，色素沉著現(xiàn)象極顯著。

He-Ne激光血管內(nèi)照射治療發(fā)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(fēng)，心絞痛，心肌梗塞等疾病，效果非常好。近年來，半導(dǎo)體激光血管外照射治療此類疾病的研究應(yīng)用也逐漸增多。半導(dǎo)體激光血管外照射治療和藥物治療效果相比，半導(dǎo)體激光血管外照射治療能降低血液流變學(xué)等多項(xiàng)指標(biāo)，并且與藥物治療有顯著差異；與He-Ne激光血管內(nèi)照射相比則無顯著差異（數(shù)據(jù)相近）。但半導(dǎo)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(yīng)用都優(yōu)于He-Ne激光血管內(nèi)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(xù)波和脈沖式半導(dǎo)體激光對疼痛緩解的療效，指出半導(dǎo)體激光對疼痛緩解有明顯作用，而且當(dāng)輸出總能量相同時，脈沖激光照射對表面的麻醉比連續(xù)激光照射更有效。此外，半導(dǎo)體激光器照射治療糖尿病性潰瘍、皮膚創(chuàng)傷、神經(jīng)衰弱、小兒肺炎、腦梗死、心肌梗塞等等都有應(yīng)用的報導(dǎo)。

激光針灸與我國傳統(tǒng)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(yīng)。632nm的光波被稱為“光維他命”，因此利用半導(dǎo)體激光進(jìn)行穴位照射時最好選用與此相近的波長（如632.8nm）。半導(dǎo)體激光穴位照射與常規(guī)治療相結(jié)合在許多疾病的治療上都得到滿意的效果，同時半導(dǎo)體激光器體積小、價格低，在理療保健方面有進(jìn)入一般家庭的趨勢，我們相信，這也是半導(dǎo)體激光器使用的發(fā)展方向之一。

我們知道，半導(dǎo)體激光器缺點(diǎn)是激光性能受溫度影響大，光束的發(fā)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(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體激光器的研究正向縱深方向推進(jìn)，半導(dǎo)體激光器的性能在不斷提高。目前半導(dǎo)體激光器的功率可以達(dá)到很高的水平而且光束質(zhì)量也有了很大的提高。因此半導(dǎo)體激光器在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上將取得更大的進(jìn)展，發(fā)揮更大的作用。