Жұмыс принципі және негізгі түрлеріжартылай өткізгіш лазер
Жартылай өткізгішЛазерлік диодтаржоғары тиімділігімен, миниатюризациясымен және толқын ұзындығының әртүрлілігімен байланыс, медициналық көмек және өнеркәсіптік өңдеу сияқты салаларда оптоэлектрондық технологияның негізгі компоненттері ретінде кеңінен қолданылады. Бұл мақалада жартылай өткізгіш лазерлердің жұмыс принципі мен түрлері одан әрі таныстырылады, бұл оптоэлектрондық зерттеушілердің көпшілігінің таңдауы үшін ыңғайлы.
1. Жартылай өткізгіш лазерлердің жарық шығару принципі
Жартылай өткізгіш лазерлердің люминесценция принципі жартылай өткізгіш материалдардың жолақ құрылымына, электрондық ауысуларына және ынталандырылған сәулеленуіне негізделген. Жартылай өткізгіш материалдар - валенттік аймақ пен өткізгіштік аймақты қамтитын жолақ аралығы бар материал түрі. Материал негізгі күйде болған кезде, өткізгіштік аймақта электрондар болмаған кезде валенттік аймақты электрондар толтырады. Белгілі бір электр өрісі сыртқа қолданылғанда немесе ток енгізілгенде, кейбір электрондар валенттік аймақтан өткізгіштік аймаққа ауысып, электрон-тесік жұптарын түзеді. Энергияның бөліну процесінде, бұл электрон-тесік жұптары сыртқы әлеммен ынталандырылған кезде, фотондар, яғни лазерлер пайда болады.
2. Жартылай өткізгіш лазерлердің қоздыру әдістері
Жартылай өткізгіш лазерлер үшін негізінен үш қоздыру әдісі бар, атап айтқанда электрлік инъекция түрі, оптикалық сорғы түрі және жоғары энергиялы электронды сәулелік қоздыру түрі.
Электрлік инжекцияланған жартылай өткізгіш лазерлер: Әдетте, олар галлий арсениді (GaAs), кадмий сульфиді (CdS), индий фосфиді (InP) және мырыш сульфиді (ZnS) сияқты материалдардан жасалған жартылай өткізгіш беттік түйіспелі диодтар. Олар тікелей ығысу бойымен ток енгізу арқылы қоздырылады, бұл түйіспе жазықтығы аймағында ынталандырылған сәулеленуді тудырады.
Оптикалық айдалатын жартылай өткізгіш лазерлер: Әдетте, жұмыс зат ретінде N-типті немесе P-типті жартылай өткізгіш монокристалдар (мысалы, GaAS, InAs, InSb және т.б.) қолданылады, аллазербасқа лазерлер шығаратын сәуле оптикалық айдалатын қоздыру ретінде қолданылады.
Жоғары энергиялы электронды сәулемен қоздырылатын жартылай өткізгіш лазерлер: Әдетте, олар жұмыс зат ретінде N-типті немесе P-типті жартылай өткізгіш монокристалдарды (мысалы, PbS, CdS, ZhO және т.б.) пайдаланады және сырттан жоғары энергиялы электрон сәулесін енгізу арқылы қоздырылады. Жартылай өткізгіш лазерлік құрылғылардың ішінде жақсы өнімділігі және кең қолданылуы бар құрылғы - қос гетероқұрылымы бар электрлік инъекцияланған GaAs диодты лазері.
3. Жартылай өткізгіш лазерлердің негізгі түрлері
Жартылай өткізгіш лазердің белсенді аймағы фотондарды генерациялау және күшейту үшін негізгі аймақ болып табылады, ал оның қалыңдығы небәрі бірнеше микрометрді құрайды. Ішкі толқын өткізгіш құрылымдар фотондардың бүйірлік диффузиясын шектеу және энергия тығыздығын арттыру үшін қолданылады (мысалы, жоталы толқын өткізгіштер және көмілген гетероөткізгіштер). Лазер жылу қабылдағыш конструкциясын қабылдайды және қызып кетуден туындаған толқын ұзындығының ауытқуын болдырмайтын жылдам жылу тарату үшін жоғары жылу өткізгіштік материалдарын (мысалы, мыс-вольфрам қорытпасы) таңдайды. Құрылымы мен қолдану сценарийлеріне сәйкес, жартылай өткізгіш лазерлерді келесі төрт санатқа жіктеуге болады:
Жиек шығаратын лазер (ЖЖСЛ)
Лазер чиптің бүйіріндегі бөлшектеу бетінен шығарылады, бұл эллипс тәрізді нүктені құрайды (шамамен 30°×10° дивергенция бұрышымен). Әдеттегі толқын ұзындықтарына 808 нм (айдау үшін), 980 нм (байланыс үшін) және 1550 нм (талшықты байланыс үшін) жатады. Ол жоғары қуатты өнеркәсіптік кесуде, талшықты лазерлік айдау көздерінде және оптикалық байланыс магистральдық желілерінде кеңінен қолданылады.
2. Тік қуыс бетіне сәуле шығаратын лазер (VCSEL)
Лазер чиптің бетіне перпендикуляр түрде, дөңгелек және симметриялы сәулемен шығарылады (дивергенция бұрышы <15°). Ол таратылған Bragg рефлекторын (DBR) біріктіреді, бұл сыртқы рефлектордың қажеттілігін жояды. Ол 3D сенсорларында (мысалы, ұялы телефонның бет-әлпетін тану), қысқа қашықтықтағы оптикалық байланыста (деректер орталықтары) және LiDAR-да кеңінен қолданылады.
3. Кванттық каскадты лазер (QCL)
Кванттық ұңғымалар арасындағы электрондардың каскадтық ауысуына негізделген толқын ұзындығы популяциялық инверсияны қажет етпей, орташа және алыс инфрақызыл диапазонды (3-30 мкм) қамтиды. Фотондар ішкі жолақтық ауысулар арқылы жасалады және газды сезу (мысалы, CO₂ анықтау), терагерцтік бейнелеу және қоршаған ортаны бақылау сияқты қолданбаларда жиі қолданылады.
Бапталатын лазердің сыртқы қуыс дизайны (тор/призм/MEMS айнасы) ±50 нм толқын ұзындығын баптау диапазонына жете алады, тар сызық енімен (<100 кГц) және жоғары бүйірлік режимді қабылдамау коэффициентімен (>50 дБ) қамтамасыз етіледі. Ол тығыз толқын ұзындығын бөлу мультиплекстеу (DWDM) байланысы, спектрлік талдау және биомедициналық бейнелеу сияқты қолданбаларда кеңінен қолданылады. Жартылай өткізгіш лазерлер байланыс лазерлік құрылғыларында, сандық лазерлік сақтау құрылғыларында, лазерлік өңдеу жабдықтарында, лазерлік таңбалау және орау жабдықтарында, лазерлік теру және басып шығаруда, лазерлік медициналық жабдықтарда, лазерлік қашықтықты және коллимацияны анықтау құралдарында, ойын-сауық және білім беруге арналған лазерлік құралдар мен жабдықтарда, лазерлік компоненттер мен бөлшектерде және т.б. кеңінен қолданылады. Олар лазерлік индустрияның негізгі компоненттеріне жатады. Қолдану аясының кеңдігіне байланысты лазерлердің көптеген брендтері мен өндірушілері бар. Таңдау жасаған кезде ол нақты қажеттіліктер мен қолдану салаларына негізделуі керек. Әр түрлі өндірушілердің әртүрлі салаларда әртүрлі қолданылуы бар, және өндірушілер мен лазерлерді таңдау жобаның нақты қолдану саласына сәйкес жасалуы керек.
Жарияланған уақыты: 05.11.2025