“激光”（LASER）的英文全名是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”，意为“受激辐射的光放大”。激光是由激光器产生的，对激光器有不同的分类方法。根据激光输出方式的不同可分为连续激光器和脉冲激光器；按工作介质的不同又可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。其中，半导体激光器是以半导体材料为工作介质的激光器，其效率高、体积小、质量轻、使用方便且价格相对较低，广泛应用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器等领域。
半导体激光器又称二极管激光器，由P型和N型半导体材料构成的二极管P-N结构成，由注入电流激励。当在P-N结上施加正向偏压，电子和空穴分别从N型区和P型区注入到二极管结区，并在受激辐射效应的作用下，电子和空穴复合并发射出光子。利用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的相长干涉和辐射放大，输出功率倍增的单色光——激光。
激光束的频率v取决于半导体材料导带和价带之间的能级差，即禁带宽度ΔE。如图5.1为受激辐射效应及光子频率的决定因素示意图。
图5.1 受激辐射效应及光子频率的决定因素示意图
其ΔE的计算式为：
式中 E2，E1——分别表示较高能级和较低能级（跃迁前后的能级）的能量；
υ——光子频率；
h——普朗克常数，4.136×10-15 eV·s。
半导体材料的禁带宽度主要取决于不同的半导体材料，但是半导体能带裁剪技术下P-N结参数的变化或者半导体材料配比的小幅调整也能改变禁带宽度，所以通过制备不同的半导体材料可以控制所得半导体激光器的发射波长。
（2）半导体激光器的类型和结构
为了实现半导体激光吸收光谱技术（Diode Laser Absorption Spectroscopy，简称DLAS技术），首先要有合适的半导体激光器。绝大多数分子吸收较强的特征主吸收带（基带）落在3~25 μm的中红外光谱范围内。很长时间里，铅盐激光器是唯一能在中红外范围工作的半导体激光器。但是，铅盐激光器需要在液氮温度下才能工作，输出功率较低（100 μW），并且不是单模工作，这些缺点限制了它的广泛使用。
光通信领域大量使用的（1.3~1.7）μm DFB（Distributed Feedback Laser）激光器具有室温工作、输出功率高、单模工作、光谱线宽窄、工作寿命长（超过10年）和价格较低等突出优点，非常适合应用于DLAS技术。但是，这一波长范围内的吸收谱线强度一般比基带吸收弱10~500倍。尽管可以通过采用一些高灵敏检测技术来尽可能地提高检测灵敏度，基于这一波长范围的DLAS技术主要应用于对检测灵敏度要求相对稍低的场合。近年来，基于锑化物的半导体激光器和量子级联半导体激光器（QCL）取得了较大的进展，这些激光器工作于中红外范围，能在室温下单模工作，且工作寿命长。
激光器的各种封装形式中，最简单的就是TO封装，图5.2为TO封装激光器示意图。(www.xing528.com)
图5.2 TO封装激光器
1—LD阴极；2—PD阳极；3—公共脚
蝶型封装和DIP（双列直插封装）就是进一步将LD芯片与热敏电阻、光敏二极管、TEC等装在一起并且通常带尾纤输出的一种封装形式，如图5.3和图5.4所示。
（3）半导体激光器的特点
半导体激光器具有许多独特的优点，特别适合作为光源用于光谱测量分析。
①半导体激光器是由半导体材料（例如砷化镓GaAs）制成的光电二极管，是一种直接的电子-光子转换器，因而它的转换效率很高。理论上，半导体激光器的内量子效率可接近100%，实际上由于存在非辐射复合损失，其内量子效率要低许多，但仍可以达到70%以上。
②半导体激光器所覆盖的波段范围较广。可以通过选用不同的半导体材料体系或改变多元化合物半导体各组元的组分，而得到范围很广的激射波长以满足不同的需要。
③半导体激光器使用寿命长，其工作寿命可达10年以上。
④具有直接的波长调制能力是半导体激光器有别于其他激光器的一个重要特点。
⑤半导体激光器的体积小、质量轻、价格便宜，这是其他激光器无法比拟的。
图5.3 蝶型封装
图5.4 DIP（双列直插封装）
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