激光显示应用中的红光半导体激光器是什么？

激光显示可以真实再现客观世界的丰富多彩。它被称为第四代显示技术，因为其明亮的颜色和惊人的表现力。与人眼看到的自然光色域相比，传统显示设备只能再现30％，而激光显示可以覆盖90％的色域，颜色饱和度是传统显示设备的100倍以上。

红光半导体激光器

此外，激光显示还可以实现图像几何。双高清和真彩色3D显示器是实现高保真图像的最佳方式。因此，激光显示也被称为“人类视觉史上的革命”。1966年，在科佩尔之后，各国研究人员首先提出了使用激光作为显示光源的想法，然后投入到激光显示的研究浪潮中。激光显示技术的出现也为中国在显示领域的发展提供了新的机遇。为了进一步推动中国激光显示产业的发展，20世纪80年代，中国提出了国家863计划，围绕激光显示技术建立激光全彩显示。激光显示器的光源是气体激光器。继固态激光之后，半导体激光时代再次迎来进入21世纪后，半导体激光技术得到了全面发展，设备的功率和性能得到了极大提高，激光显示的光源更具竞争力。半导体激光器可以直接由电流激发，比固体激光器更有效；工作材料腐烂缓慢，使用寿命更长；光源系统小，适合高集成度；使用半导体技术可以降低设备成本。

红色光源激光显示要求

在选择红色光源的波长时，激光显示系统主要考虑两个因素：1）根据人眼对波长的响应选择人眼的敏感波长，以获得更高的光学视觉效率；2）选择的波长可以扩大色域的覆盖范围，从而获得更好的色彩体验。对于大于600nm的波长，波长越短，光的视觉效率越高；波长越长，色域覆盖范围越大。当国家电视标准委员会（NTSC）选择620标准nm红光时，光学视觉效果为0.33lm/W，色域可达161％；当选择650 nm红光时，色域高达211％，光视觉效果降低至0％。141 lm/W因此，在实际应用中，需要综合考虑场景的性能和激光显示应用的光源系统，以选择合适的激光波长。目前，用于激光显示的国际红光波长通常为630~650nm，其中638nm红光半导体激光器综合性能最好。

激光显示所需的光源功率等于屏幕亮度除以激光光源的光学视觉效率，屏幕亮度等于环境亮度乘以屏幕面积除以屏幕对比度，红色半导体激光器的输出功率约为50，以确保正常投影需求mW；屏幕上40英寸（101.6cm），输出功率至少为500mW；对于大屏幕，光通量在10000lm以上，输出功率需要在25W以上。随着红色半导体激光器的发展，器件的输出功率大大提高。目前，638nm可通过光束处理商用，红色半导体激光器的功率水平已达到瓦特级，可以满足大多数激光显示器的应用要求。激光显示器对光源光束质量的要求主要取决于所使用的激光显示技术。目前，主流的激光显示技术分为三类：激光扫描技术：激光点扫描和激光投影激光扫描的体积和效率介于激光投影和点扫描之间。该技术主要应用于微投影领域；激光点扫描效率高、体积小、成本低，但只能用于小尺寸（小于A显示纸）应用。激光投影技术对光源的光束质量要求低，人眼安全范围内的允许光通量大，适用于大多数显示区域

红色半导体激光器的基本原理和结构

宽带结构是一种常见的高功率激光器设计。它是一种具有折射率取向结构的普通芯片结构。材料折射率差引导结构不仅限制了注入电流和载流子的横向扩散，而且限制了光场的横向穿透。因此，折射率引导机制可以有效地降低器件的阈值电流，并且在有源区中产生的热可以流到周围的无源区以保持器件的热稳定性。

红色激光器的技术难点

1.缩短波长

主要材料是红光有源区AlGaInP和衬底GaAs。理论波长为580-680nm。大多数早期波长在680nm附近。为了缩短波长，需要增加带隙宽度和波长Al含量。当Al成分增加时，有源区的带隙宽度变大，这缩短了器件的激光波长，但也减小了有源区和P区之间的能量差，增加了有源区中电流载流子的泄漏，并增加了器件的阈值电流。为了缩短矩形波中的AlGaInP，主要是通过增加有源区中的Al含量。量子阱结构用于实现量子阱混合方法。红色半导体激光器的波长越短，制造难度越大。性能越差，这是制约短波长红光半导体激光器发展的主要原因，也是研究人员迫切需要解决的问题

2增加设备的输出功率

影响激光功率增加的主要因素是腔灾难性光学损伤（COMD）COMD主要发生在激光器的出射腔表面。当输出功率大时，表面的光功率密度增加。当AlGaInP激光腔的功率密度达到1~5MW/cm2时，激光腔中的缺陷数量将继续增加并向内迁移，导致激光器的COMD和输出功率急剧下降，研究人员发现，通过在激光腔表面制作非吸收窗口结构，可以有效地抑制COMD现象。快速退火将用于快速退火锌。随着杂质扩散到有源区，Zn扩散加强了AlGaInP天然超晶格的无序性，并增加了扩散区中量子阱的能带宽度。在有源区之外，带隙宽度小的区域不能吸收振荡激光，这被称为窗口区。不可吸收窗口的出现大大降低了整个发光区的温度，并有效抑制了整个发光区域的温度COMD现象。下图显示了具有窗口结构的半导体激光器