Жұмыс принципі және негізгі түрлеріжартылай өткізгіш лазер
Жартылай өткізгішЛазерлік диодтар, олардың жоғары тиімділігі, миниатюризациясы және толқын ұзындығының әртүрлілігі 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 көптеген оптоэлектронды зерттеушілердің таңдау анықтамасы үшін ыңғайлы.
1. Жартылай өткізгішті лазерлердің жарық шығару принципі
Жартылай өткізгішті лазерлердің люминесценция принципі жолақ құрылымына, электрондық ауысуларға және жартылай өткізгіш материалдардың ынталандырылған сәулеленуіне негізделген. Жартылай өткізгіш материалдар – валенттік аймақ пен өткізгіштік жолақты қамтитын жолақ аралығы бар материал түрі. Материал негізгі күйде болғанда, өткізгіштік аймағында электрондар болмаған кезде электрондар валенттік аймақты толтырады. Белгілі бір электр өрісі сырттан қолданылғанда немесе ток енгізгенде, кейбір электрондар валенттік аймақтан өткізгіштік зонаға өтіп, электронды-тесік жұптарын құрайды. Энергияның бөліну процесі кезінде, бұл электронды-тесік жұптары сыртқы әлеммен ынталандырылған кезде, фотондар, яғни лазерлер пайда болады.
2. Жартылай өткізгішті лазерлердің қозу әдістері
Жартылай өткізгішті лазерлер үшін негізінен үш қоздыру әдісі бар, атап айтқанда электрлік бүрку түрі, оптикалық сорғы түрі және жоғары энергиялы электрон сәулесінің қозу түрі.
Электрлік инъекциялық жартылай өткізгішті лазерлер: Әдетте, олар галий арсениді (GaAs), кадмий сульфиді (CdS), индий фосфиді (InP) және мырыш сульфиді (ZnS) сияқты материалдардан жасалған жартылай өткізгішті беттік қосылыс диодтары. Олар ілгері ығысу бойымен ток инъекциялау арқылы қозғалады, түйісу жазықтығы аймағында ынталандырылған сәуле шығаруды тудырады.
Оптикалық айдалатын жартылай өткізгішті лазерлер: әдетте N-типті немесе P-типті жартылай өткізгішті монокристалдар (мысалы, GaAS, InAs, InSb және т.б.) жұмысшы зат ретінде пайдаланылады, аллазерОптикалық айдалатын қозу ретінде басқа лазерлер шығаратын сәулелер қолданылады.
Жоғары энергиялы электронды сәулемен қоздырылатын жартылай өткізгіш лазерлер: Негізінен олар N-типті немесе P-типті жартылай өткізгіш монокристалдарды (мысалы, PbS,CdS,ZhO және т.б.) жұмысшы зат ретінде пайдаланады және сырттан жоғары энергиялы электрон сәулесін айдау арқылы қоздырады. Жартылай өткізгішті лазерлік құрылғылардың ішінде өнімділігі жақсы және кеңірек қолданылуы қос гетероструктурасы бар электрлік инъекциялық GaAs диодты лазер болып табылады.
3. Жартылай өткізгішті лазерлердің негізгі түрлері
Жартылай өткізгішті лазердің белсенді аймағы фотонды генерациялау және күшейту үшін негізгі аймақ болып табылады және оның қалыңдығы бірнеше микрометрді ғана құрайды. Ішкі толқын өткізгіш құрылымдар фотондардың бүйірлік диффузиясын шектеу және энергия тығыздығын арттыру үшін қолданылады (мысалы, жотаның толқын өткізгіштері және жерленген гетеройындар). Лазер жылу қабылдағыштың дизайнын қабылдайды және қызып кетуден туындаған толқын ұзындығының ауытқуын болдырмайтын жылуды жылдам тарату үшін жоғары жылу өткізгіш материалдарды (мысалы, мыс-вольфрам қорытпасы) таңдайды. Құрылымы мен қолдану сценарийлеріне сәйкес жартылай өткізгіш лазерлерді келесі төрт санатқа бөлуге болады:
Шетін шығаратын лазер (EEL)
Лазер эллиптикалық нүктені құра отырып, чиптің бүйіріндегі айыру бетінен шығарылады (дивергенция бұрышы шамамен 30°×10°). Әдеттегі толқын ұзындығына 808 нм (сорғы үшін), 980 нм (байланыс үшін) және 1550 нм (талшықты байланыс үшін) жатады. Ол жоғары қуатты өнеркәсіптік кесуде, талшықты лазерлік сорғы көздерінде және оптикалық байланыс магистральдық желілерінде кеңінен қолданылады.
2. Вертикальды қуысты беттік сәуле шығаратын лазер (VCSEL)
Лазер чиптің бетіне перпендикуляр, дөңгелек және симметриялы сәулемен шығарылады (дивергенция бұрышы <15°). Ол бөлінген Bragg рефлекторын (DBR) біріктіріп, сыртқы рефлектордың қажеттілігін болдырмайды. Ол 3D зондтауында (ұялы телефонның бет-әлпетін тану сияқты), қысқа қашықтықтағы оптикалық байланыста (деректер орталықтары) және LiDAR-да кеңінен қолданылады.
3. Кванттық каскадты лазер (QCL)
Электрондардың кванттық ұңғымалар арасындағы каскадтық ауысуына негізделген толқын ұзындығы популяциялық инверсияны қажет етпей, ортадан алыс инфрақызыл диапазонды (3-30 мкм) қамтиды. Фотондар жолақ аралық ауысулар арқылы жасалады және әдетте газды анықтау (CO₂ анықтау сияқты), терагерцті бейнелеу және қоршаған ортаны бақылау сияқты қолданбаларда қолданылады.
Реттелетін лазердің сыртқы қуыс дизайны (тор/призма/MEMS айнасы) тар сызық ені (<100 кГц) және жоғары бүйірлік режимді қабылдамау коэффициенті (>50 дБ) бар ±50 нм толқын ұзындығын реттеу диапазонына қол жеткізе алады. Ол жиі толқын ұзындығын бөлу мультиплексирлеу (DWDM) байланысы, спектрлік талдау және биомедициналық бейнелеу сияқты қолданбаларда қолданылады. Жартылай өткізгішті лазерлер коммуникациялық лазерлік құрылғыларда, цифрлық 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 пен білім беру үшін лазерлік аспаптар мен жабдықтарда, лазерлік компоненттер мен бөлшектерге жатады және т.б. Қолдану аясының кеңдігінің арқасында лазерлердің көптеген брендтері мен өндірушілері бар. Таңдау кезінде ол нақты қажеттіліктер мен қолдану өрістеріне негізделуі керек. Әртүрлі өндірушілердің әртүрлі салаларда әртүрлі қолданбалары бар және өндірушілер мен лазерлерді таңдау жобаның нақты қолдану саласына сәйкес жасалуы керек.
Жіберу уақыты: 05 қараша 2025 ж