什么是增益引导型激光器和指数引导型激光器（What are Gain-Guided Lasers and Index-Guided Lasers?）？

激光结构的目标是保持低阈值、高效率和集中输出光束。增益引导和指数引导是两种基本的激光设计策略。

增益引导激光器是一种激光器，在这种激光器中，激光被限制在有源介质内，而不是被外部的镜子限制。增益引导激光器有一个宽条纹的几何形状，其中有源区横跨整个波导的宽度。增益引导激光器制作简单，并且有一个平坦的有源层。图1显示了增益引导激光器的原理图。增益引导激光器中芯片顶部的绝缘区域可以防止电流流向复杂的双异质结激光器中的任何一侧。中间的窄条贯穿了芯片的整个长度，有助于电流流经单一通道。电流流过窄条，经历了电流载流子的重组。因此，发生了群体反转，结果，增益只发生在该区域。即使没有物理边界将条纹与有源层的其他部分分开，这些区域也不会发光，因为没有增益。

这些激光器的阈值电流大于100毫安。这种激光器的光封闭性很低，在产生从几毫瓦到几千瓦的高功率方面具有优势，因为在更大的区域内传播光，减少了对发射表面的光学损害的可能性。

图1：增益引导激光器的示意图

指数引导激光器有一个狭窄的条纹几何结构，其中有源区比波导宽度小得多。通过在有源区旁边实施半导体材料的条纹，这些激光器的光封闭性得到了改善。形成一个穿过中间的狭窄条纹的条纹几何结构被称为埋藏式异质结构。在这种结构中，有源区的四面都被低折射率的材料所包围，形成镜面，这有助于更好地引导光。

指数引导的激光器是半导体激光器或激光二极管，它们利用在活性层、周围层或两者中形成的内置折射率曲线将输出光束限制在活性层上。它们以1300纳米的波长发光，提供20-25毫瓦的输出功率，并以单侧模式工作。通过用较低折射率的材料包围活性层中的条纹，光被限制住。指数引导的激光器有一个复杂的结构。它们需要一个10-20毫安的低阈值电流。

图2显示了一个指数引导激光器的示意图。在这种情况下，一个包含砷化镓结层的窄条作为有源介质，贯穿了芯片的长度。n型砷化镓被沉积在条带的两边，它被绝缘体覆盖，然后在上面沉积了一个金属触点。绝缘体用于限制通过边界的电流。在分度引导激光器中，对光的限制更好，它们产生的光束质量也更好。因此，它们大多用于二极管激光器的应用。分数制导激光器也被用于需要衍射限制输出的应用。

图2：索引引导激光器的示意图

指数引导激光器中的光学约束可以有两种类型：正指数引导和负指数引导。在正指数引导的激光器中，中心区域具有较高的折射率，在负指数引导的激光器中，中心区域具有较低的折射率。

图3：增益引导激光器和指数引导激光器的电流和光强之间的图表

指数引导激光器克服了增益引导结构的大部分缺点，如高阈值电流、低差量子效率和电流中的非线性结点。图3显示了增益制导激光器和指数制导激光器的电流与光输出的关系图。索引引导激光器的活性区域被一个较低折射率的区域所包围，该区域将光子限制在一个狭窄的条纹上，在横向和纵向都是如此。这些激光器的接触面积减少，降低了阈值电流，而发射面积的减少使其容易将光耦合到光纤上。

增益引导激光器和指数引导激光器的应用

索引引导激光器最常见的应用之一是在电信领域。这些激光器的高功率和稳定性使它们成为光纤通信系统的理想选择。它们被用来通过光纤进行长距离的数据传输，也被用于开发新技术，如波分复用（WDM）和密集波分复用（DWDM）。

索引引导激光器的另一个重要应用是在医学上。这些激光器被用于激光手术，其高功率和稳定性使其成为切割和切除组织的理想选择。它们还被用于激光治疗，可用于治疗癌症和皮肤病等疾病。

分度制导激光器也被用于制造业，特别是半导体行业。它们被用来对半导体材料进行制版和蚀刻，也被用于生产光电设备，如激光二极管和光电二极管。

索引制导激光器在激光雷达领域也越来越受欢迎，激光雷达是一种使用激光束来测量物体的距离、速度和其他属性的技术。这项技术被用于自动驾驶汽车、三维制图和机器人应用。