Ang prinsipyo ng pagtatrabaho at mga pangunahing uri nglaser ng semiconductor
SemiconductorLaser diodes, na may mataas na kahusayan, miniaturization at pagkakaiba-iba ng wavelength, ay malawakang ginagamit bilang mga pangunahing bahagi ng teknolohiyang optoelectronic sa mga larangan tulad ng komunikasyon, pangangalagang medikal at pagproseso ng industriya. Ang artikulong ito ay higit pang nagpapakilala sa prinsipyo ng pagtatrabaho at mga uri ng mga semiconductor laser, na maginhawa para sa pagpili ng sanggunian ng karamihan ng mga optoelectronic na mananaliksik.
1. Ang light-emitting prinsipyo ng semiconductor lasers
Ang prinsipyo ng luminescence ng mga semiconductor laser ay batay sa istraktura ng banda, mga elektronikong transition at pinasigla na paglabas ng mga materyales na semiconductor. Ang mga semiconductor na materyales ay isang uri ng materyal na may bandgap, na kinabibilangan ng valence band at conduction band. Kapag ang materyal ay nasa ground state, pinupuno ng mga electron ang valence band habang walang mga electron sa conduction band. Kapag ang isang partikular na electric field ay inilapat sa labas o ang isang kasalukuyang ay na-injected, ang ilang mga electron ay lilipat mula sa valence band patungo sa conduction band, na bumubuo ng mga pares ng electron-hole. Sa panahon ng proseso ng paglabas ng enerhiya, kapag ang mga pares ng electron-hole na ito ay pinasigla ng labas ng mundo, ang mga photon, iyon ay, mga laser, ay bubuo.
2. Mga paraan ng paggulo ng mga semiconductor laser
Mayroong tatlong pangunahing paraan ng paggulo para sa mga laser semiconductor, katulad ng uri ng iniksyon na elektrikal, uri ng optical pump at uri ng paggulo ng electron beam na may mataas na enerhiya.
Electrically injected semiconductor lasers: Sa pangkalahatan, ang mga ito ay semiconductor surface-junction diode na gawa sa mga materyales gaya ng gallium arsenide (GaAs), cadmium sulfide (CdS), indium phosphide (InP), at zinc sulfide (ZnS). Nasasabik sila sa pamamagitan ng pag-inject ng kasalukuyang kasama ang forward bias, na bumubuo ng stimulated emission sa rehiyon ng junction plane.
Optitically pumped semiconductor lasers: Sa pangkalahatan, ang N-type o P-type na semiconductor single crystals (gaya ng GaAS,InAs,InSb, atbp.) ay ginagamit bilang gumaganang substance, at anglaserna ibinubuga ng iba pang mga laser ay ginagamit bilang optically pumped excitation.
High-energy electron beam-excited semiconductor lasers: Sa pangkalahatan, gumagamit din sila ng N-type o P-type na semiconductor single crystals (gaya ng PbS,CdS,ZhO, atbp.) bilang gumaganang substance at nasasabik sila sa pamamagitan ng pag-inject ng high-energy electron beam mula sa labas. Sa mga semiconductor laser device, ang may mas mahusay na performance at mas malawak na aplikasyon ay ang electrically injected GaAs diode laser na may double heterostructure.
3. Ang mga pangunahing uri ng semiconductor lasers
Ang Aktibong Rehiyon ng isang semiconductor laser ay ang pangunahing lugar para sa pagbuo at pagpapalakas ng photon, at ang kapal nito ay ilang micrometers lamang. Ang mga panloob na istruktura ng waveguide ay ginagamit upang paghigpitan ang lateral diffusion ng mga photon at pahusayin ang density ng enerhiya (tulad ng ridge waveguides at buried heterojunctions). Gumagamit ang laser ng disenyo ng heat sink at pumipili ng mataas na thermal conductivity na materyales (tulad ng copper-tungsten alloy) para sa mabilis na pagkawala ng init, na maaaring maiwasan ang wavelength drift na dulot ng overheating. Ayon sa kanilang istraktura at mga sitwasyon ng aplikasyon, ang mga semiconductor laser ay maaaring maiuri sa sumusunod na apat na kategorya:
Edge-Emitting Laser (EEL)
Ang laser ay output mula sa cleavage surface sa gilid ng chip, na bumubuo ng isang elliptical spot (na may divergence Angle na humigit-kumulang 30°×10°). Kasama sa mga karaniwang wavelength ang 808nm (para sa pumping), 980 nm (para sa komunikasyon), at 1550 nm (para sa fiber communication). Ito ay malawakang ginagamit sa high-power industrial cutting, fiber laser pumping sources, at optical communication backbone network.
2. Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL)
Ang laser ay ibinubuga nang patayo sa ibabaw ng chip, na may pabilog at simetriko na sinag (divergence Angle <15°). Pinagsasama nito ang isang ipinamahagi na Bragg reflector (DBR), na inaalis ang pangangailangan para sa isang panlabas na reflector. Ito ay malawakang ginagamit sa 3D sensing (gaya ng pagkilala sa mukha ng mobile phone), short-range optical communication (mga data center), at LiDAR.
3. Quantum Cascade Laser (QCL)
Batay sa cascade transition ng mga electron sa pagitan ng quantum Wells, sinasaklaw ng wavelength ang mid-to-far-infrared range (3-30 μm), nang hindi nangangailangan ng inversion ng populasyon. Ang mga photon ay nabuo sa pamamagitan ng mga intersubband transition at karaniwang ginagamit sa mga application gaya ng gas sensing (gaya ng CO₂ detection), terahertz imaging, at environmental monitoring.
Ang panlabas na cavity na disenyo ng tunable na laser (grating/prism /MEMS mirror) ay maaaring makamit ang wavelength tuning range na ±50 nm, na may makitid na linewidth (<100 kHz) at mataas na side-mode na rejection ratio (>50 dB). Ito ay karaniwang ginagamit sa mga aplikasyon tulad ng komunikasyon ng dense wavelength division multiplexing (DWDM), spectral analysis, at biomedical imaging. Ang mga semiconductor laser ay malawakang ginagamit sa mga aparatong laser ng komunikasyon, mga aparatong imbakan ng digital laser, kagamitan sa pagpoproseso ng laser, kagamitan sa pagmamarka at packaging ng laser, pag-type at pag-print ng laser, kagamitang medikal ng laser, mga instrumento sa pagtukoy ng distansya ng laser at mga instrumento sa pagtuklas ng collimation, mga instrumento ng laser at kagamitan para sa libangan at edukasyon, mga bahagi ng laser at mga bahagi, atbp. Nabibilang sila sa mga pangunahing bahagi ng industriya ng laser. Dahil sa malawak na hanay ng mga aplikasyon nito, maraming tatak at tagagawa ng mga laser. Kapag gumagawa ng isang pagpipilian, dapat itong batay sa mga partikular na pangangailangan at mga patlang ng aplikasyon. Ang iba't ibang mga tagagawa ay may iba't ibang mga aplikasyon sa iba't ibang larangan, at ang pagpili ng mga tagagawa at laser ay dapat gawin ayon sa aktwal na larangan ng aplikasyon ng proyekto.
Oras ng post: Nob-05-2025