半導體激光器的輸出波長取決于發射層中材料的帶隙。早期，半導體二極管激光器中的帶隙由二元III–V族化合物的性質決定，隨后技術上的進步使得通過調節半導體的組分和結構來調節波長成為可能。

首先是發展三元化合物，如鎵鋁砷（GaAlAs），它能夠與砷化鎵（GaAs）襯底晶格匹配，當鋁的成分增加時，發射波長藍移。然而，GaAlAs并不能夠與GaAs的晶格非常好地匹配，因此較關鍵的一步是四元化合物，如InGaAsP，這提供了匹配晶格間距以及所需波長的第二個自由度。MIT林肯實驗室的J. Jim Hsieh實現了這一步，1977年他報道了室溫下運行的InGaAsP激光器輸出1.25µm的激光。^[10]隨后不久，也是在InP襯底上，成分略有不同的InGaAsP激光器問世，應用于1.3µm和1.55µm的低損耗光纖窗口。通過調整四種元素的組分，InGaAsP激光器的輸出波長覆蓋了一個重要的波長范圍。

圖解：激光手術所需的直接帶隙的III - V族化合物的半導體二極管激光器的波長與晶格間距之間的關系。（LEDC摘自LaserFocusWorld China）

通過優化GaAs襯底激光器的發射材料組分，可將其輸出波長拓展到紅光范圍，例如使用AlGaInP可使輸出波長短至620nm。此后，1996年日亞公司（Nichia）的Shuji Nakamura發明了氮化銦鎵（GaInN）半導體激光器，激光跨入了光譜的藍光波段（編者按：據中科院院士甘子釗在前不久在深圳西麗舉辦的“12th全國LED產業研討與學術會議”上指出：目前綠光激光器的研究就中村團隊有所進展）。藍光半導體激光器目前屬于標準產品，但綠光半導體激光器仍然很難實現。在今年1月份的Photonics West 2010會議上，startup Kaai公司的Nakamura報道已經開發出了523nm的InGaN半導體激光器，填補了在半導體激光器在輸出光譜中的空缺。

光泵浦使半導體激光器能夠實現其他輸出波長，同時避免了需要高電流密度通過半導體。這擺脫了設計上的約束，因此量子阱結構能夠實現其他激光器無法得到的波長。泵浦二極管照射薄半導體碟片的表面，該碟片的表面附近具有量子阱層，量子阱在外腔中共振并發光，產生高強度、高質量的光束。這些裝置被稱為OPSL（光泵浦半導體激光器）或VECSEL（垂直外腔表面發射激光器），基本輸出在近紅外，可在激光腔內倍頻成可見光。其設計可與特定波長匹配，如氦鎘激光器的441nm激光，或治療糖尿病視網膜病的557nm黃光。

另一種新穎的結構是1994年由貝爾實驗室的Federico Capasso發明的量子級聯激光器，這種激光器中的電子在一個偏置的半導體中通過量子阱堆疊。在每個量子阱中，電子落到導帶中更低的次能級，并發射一個光子，這個光子的波長取決于激光器的結構和組成。量子級聯激光器提供了獲得中、遠紅外波段難以實現的激光波長的方便途徑，還可用于產生太赫茲頻率。

 此外，非線性光學提供了產生新的波長的強大工具。高功率飛秒脈沖的高次諧波產生，可以產生極紫外波段的相干光。非線性過程可以產生一個倍頻程或更寬的超連續譜，以及飛秒頻率梳，這是一項獲得諾貝爾獎的創新，能夠以驚人的精度測量光頻。 

本段文字摘自《激光世界》2010年7月刊封面故事 “激光五十年 — 激光器的輸出波長在光譜上不斷拓展”。