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雷射二極體的發展與現況 指導老師:鄒文正 學生:黃冠竣，494L0003 曾英勝，494L0037 1 大綱 前言 雷射光的特性 雷射的種類 雷射二極體的市場應用現況 光儲存媒體市場結構演化 結論 參考文獻 2 前言 自1960年美國物理學家梅曼首先利用光 及共振腔產生雷射光以來，雷射已成為各個 領域不可或缺的關鍵零組件，例如光纖傳 送的光發射模組、DVD及CD-ROM等儲存 工具、癌細胞的治療工具、各種軟硬材料的 切割、測量距離等，特別在通訊及資訊儲存 上的用途，對人類生活更有重要且突破性的 影響力。 3 雷射光的特性 雷射光具有很高的單色性，即其頻率寬度很窄。 雷射光線為平行光線，意即其指向性很高，經過長距離後，它仍能維 持細小光束而不散開。 雷射光的集光性佳，故能量密度較高。 雷射光為純正弦波的振盪性光波，其頻率及相位皆整齊，與自然光的 雜亂完全不同。 雷射光的相干涉性高，不論在時間及空間的相干性表現皆良好。 光能能在短時間內集中，脈波間隔10-12秒內，光的能量可集中。 這些性質是自然光或其它光源所不具備的，也就是雷射光這些特殊的 性質，使其在某些應用上特別重要，且無法取代。 4 雷射的種類 雷射種類 代表雷射與 發明年代/人 波長(nm) 典型功率 主要應用 氣體雷射 (分子氣體) 二氧化碳雷射 1964/Patel 10,600 6W ~ 10,000W 切焊、鑄記、切割木材 半導體雷射 AlGaAs雷射 1962/Hall 750 ~ 900 10mW ~ 1W CD光碟記憶產品 固體雷射 Nd:YAG雷射 1964/Geusic 1064 < 100W 機械加工,醫療、刻製印記 氣體雷射 (離子氣體) 氬離子雷射 1964/Bridges 488, 514 5W ~ 15W 生物醫療所有離子雷射 液體雷射 染料雷射 1965/Sorokin 400 ~ 700 各式染料 可涵蓋可 見光範圍 < 5W 頻率可調 氣體雷射 (原子氣體) 氦氖雷射 1961/Javan 632.8 0.5W ~ 5W 測試與光路準直 固體雷射 紅寶石雷射 1960/Schawlow 694 100J/ms 脈衝雷射 第一支雷射 光譜量測 5 雷射二極體的市場應用現況 6 全球雷射二極體市場趨勢 7 1.世界第一台紅寶石雷射 1960年，梅曼(T. H. Maiman) 製作出全世界第一台可見 光範圍(波長400-800nm)的雷射─紅寶石雷射。 8 2.雷射指示筆(Laser Pointer) 9 3.雷射讀寫頭(Laser Pickup Head) 雷射唱盤之讀寫頭所發出的光束(左圖中紅色光點) ， 可取代傳統唱機之唱針(右圖)，用來讀取儲存於光 碟上的訊號 10 4.雷射切割機或雷射手術刀 將雷射光束能量集中在一塊微小區域，可 產生高熱，能切割金屬或割除身體上的痣、 息肉、腫瘤等 11 5.雷射針灸 以雷射光束取代傳統金屬刺針，插入穴位可治療疾病、疼痛等 12 6.雷射瞄準器 放置在槍枝上，雷射光束可協助瞄準目標物 13 7.雷射測距儀 雷射測距儀在1970年代問世，只要將雷射光束對 準目標發射，待接收反射訊號後即可計算其距離。 14 8.雷射掃瞄儀 將雷射測距儀的雷射光束對目標物表面各 處作快速掃瞄，配合影像處理系統，即可 成為雷射掃瞄儀，將歌劇院外圍與觀察者 之間不同距離的景物以不同的顏色顯示。 15 光儲存媒體市場結構演化 由DVD 市場的歷史來看，當DVD技術進入市場 後，需要花三到五年時間讓消費者適應，當單價與消 費習慣成熟後，取代CD 市場的現象才會發生。使用 藍紫光二極體雷射的HDDVD（容量15~25GB）若要取 代DVD（容量4.7GB），同樣必須經過上述過程。而 最新發展的藍光DVD高達50GB，不過在價格上，藍光 DVD要價新台幣2萬到8萬元不等，而HD DVD則是6千 到2萬不等。由於藍光設備的零組件成本高，權利金也 高，光是這兩項支出就占總成本超過 55%，且主要壟 斷在日商手中，加上進入門檻高，藍光設備價格下滑 的速度恐比市場預估的還要慢。 16 光儲存雷射二極體種類 當雷射光波長越短，則其所能聚焦的光點就越 小，所能辨識光碟片上的記號就越小，儲存密度就 越高。 17 全球光儲存雷射二極體市場 光儲存用的雷射二極體需求來自於各類型光碟機， 目前主要分為DVD 用的波長 650nm 及CD-R／RW 用的波長780nm 兩種，根據Fuji Chimera 的預估，2001 年受到 全球經濟不景氣的影響之下，光儲存用雷射二極體市場呈下滑趨勢，僅達到820 億 日元，與2000 年相比減少9.9%。不過由於DVD 光碟機的價格持續滑落，不論是 DVD Player 或是DVD-ROM 將逐漸成為家庭或電腦的必要配備。 18 全球藍紫光雷射二極體市場預測 在高密度光儲存市場上所具有的潛力目前尚未顯現，預估在2002 年左右才有使用 藍紫光二極體雷射的HD-DVD 市場。HD-DVD 市場包含HDDVD video playback、 HDDVD video games、HDDVD video recordable、HDDVDROM、HDDVD-RAM 等， 主要應用在家庭消費與個人電腦兩方面，功能分為唯讀與可讀寫兩類。預估應用在 HDDVD 的藍紫光二極體雷射市場值在2002 年有九百萬美元，在2009 年可超過二 十億美元，複合年成長率超過100%，其中2005 年市場成長率將接近600%。 19 藍光DVD裝置市場需求預估 2003年索尼於日本市場推出第一台Blu-ray DVD錄放影機BDZ-S77的同時，也正 式宣布藍光DVD時代即將來臨．當年這一台Blu-ray DVD錄放影機的銷售量2千 台．根據In-Stat / MDR預估，隨著HD DVD播放機與錄放影機也開始銷售，未來 藍光DVD市場將呈現等比級數的成長速率前進，因此，2004年達1萬台，2005年 達11萬台，2006年達38萬台，而2007年更是達到1百30萬台的水準． 20 結論 雷射科技早已成為目前各個研究領域與應用上不可或缺的 工具，例如，精確的距離量測，是由雷射來完成；雷射影碟和 光碟，就是雷射在資訊方面的產品；各種材料的切割或加工， 也可由雷射來擔任；而醫療上的應用更是廣泛。使用雷射為光 源的投影機尚在研發階段，未來若要推出家庭消費使用之投影 電視，其關鍵在於便宜、壽命長且高功率（>1W） 之藍光與綠 光雷射二極體。雖然應用在可寫型高密度光儲存的高功率 （30~40W）藍光雷射二極體已被研發出來，但是雷射投影機所 需的高功率（>1W）藍光雷射二極體，其研發卻沒有甚大進展。 除了藍光雷射二極體外，高功率綠光雷射二極體也是達成全彩 雷射投影機之必要條件，若考慮用目前藍光雷射二極體使用的 InGaAs 材料，製作綠光雷射二極體，其技術上的難度將比藍光 更高。到目前為止，就算是長壽命低功率的綠光雷射二極體也 還沒有被研發出來。 21 參考文戲 科技產業資訊室http://cdnet.stpi.org.tw/techroom/market/eecomputer/eecomputer_008. htm 光連雙月刊第35期 光連雙月刊第38 期 行政院國家科學委員會 http://www.nsc.gov.tw/_NewFiles/popular_science.asp?add_year=2003 &popsc_aid=108 雷射二極體產業概況報告hongyao.myweb.hinet.net/images/90051814.htm 半導體雷射-http://www.cjsh.tpc.edu.tw/teacher/classall/nat/p4a-2.htm 雷射的原理與應用-中央大學光電科學研究所 22