Ishlash printsipi va asosiy turlariyarimo'tkazgichli lazer
Yarimo'tkazgichLazer diodlariYuqori samaradorligi, miniatyuralashi va to'lqin uzunligi xilma-xilligi bilan aloqa, tibbiy yordam va sanoatni qayta ishlash kabi sohalarda optoelektronika texnologiyasining asosiy komponentlari sifatida keng qo'llaniladi. Ushbu maqolada yarimo'tkazgichli lazerlarning ishlash printsipi va turlari batafsilroq tanishtiriladi, bu esa ko'pchilik optoelektronika tadqiqotchilari uchun tanlov ma'lumotlari uchun qulaydir.
1. Yarimo'tkazgichli lazerlarning yorug'lik chiqarish printsipi
Yarimo'tkazgichli lazerlarning lyuminestsentsiya printsipi yarimo'tkazgichli materiallarning tasma tuzilishiga, elektron o'tishlariga va stimulyatsiyalangan emissiyasiga asoslangan. Yarimo'tkazgichli materiallar - bu valentlik tasmasini va o'tkazuvchanlik tasmasini o'z ichiga olgan tasma oralig'iga ega material turi. Material asosiy holatda bo'lganda, o'tkazuvchanlik tasmasida elektronlar bo'lmagan holda, elektronlar valentlik tasmasini to'ldiradi. Tashqi tomondan ma'lum bir elektr maydoni qo'llanilganda yoki tok yuborilganda, ba'zi elektronlar valentlik tasmasidan o'tkazuvchanlik tasmasiga o'tib, elektron-teshik juftlarini hosil qiladi. Energiya ajralib chiqish jarayonida, bu elektron-teshik juftlari tashqi dunyo tomonidan stimulyatsiya qilinganda, fotonlar, ya'ni lazerlar hosil bo'ladi.
2. Yarimo'tkazgichli lazerlarning qo'zg'alish usullari
Yarimo'tkazgich lazerlar uchun asosan uchta qo'zg'alish usuli mavjud, ya'ni elektr in'ektsiyasi turi, optik nasos turi va yuqori energiyali elektron nurli qo'zg'alish turi.
Elektr in'ektsiyali yarimo'tkazgichli lazerlar: Odatda, ular galliy arsenidi (GaAs), kadmiy sulfidi (CdS), indiy fosfidi (InP) va rux sulfidi (ZnS) kabi materiallardan tayyorlangan yarimo'tkazgichli sirt birikma diodlaridir. Ular oldinga siljish bo'ylab tok yuborish orqali qo'zg'aladi va birikma tekisligi mintaqasida stimulyatsiyalangan emissiya hosil qiladi.
Optik pompalanadigan yarimo'tkazgichli lazerlar: Odatda, ishchi modda sifatida N-turdagi yoki P-turdagi yarimo'tkazgichli monokristallar (masalan, GaAS, InAs, InSb va boshqalar) ishlatiladi valazerboshqa lazerlar tomonidan chiqarilgan nurlanish optik pompalanadigan qo'zg'alish sifatida ishlatiladi.
Yuqori energiyali elektron nurlari bilan qo'zg'atiladigan yarimo'tkazgich lazerlar: Odatda, ular ishchi modda sifatida N-turdagi yoki P-turdagi yarimo'tkazgichli monokristallardan (masalan, PbS, CdS, ZhO va boshqalar) foydalanadilar va tashqi tomondan yuqori energiyali elektron nurini yuborish orqali qo'zg'atiladi. Yarimo'tkazgichli lazer qurilmalari orasida yaxshiroq ishlashga va kengroq qo'llanilishiga ega bo'lgani ikki tomonlama heterostrukturaga ega elektr bilan yuborilgan GaAs diodli lazerdir.
3. Yarimo'tkazgichli lazerlarning asosiy turlari
Yarimo'tkazgichli lazerning faol mintaqasi fotonlarni hosil qilish va kuchaytirish uchun asosiy maydon bo'lib, uning qalinligi atigi bir necha mikrometrni tashkil qiladi. Ichki to'lqin yo'naltiruvchi tuzilmalar fotonlarning lateral tarqalishini cheklash va energiya zichligini oshirish uchun ishlatiladi (masalan, tizma to'lqin yo'naltirgichlari va ko'milgan heterojunctionlar). Lazer issiqlik yutgich dizaynini qo'llaydi va tez issiqlik tarqalishi uchun yuqori issiqlik o'tkazuvchanlik materiallarini (masalan, mis-volfram qotishmasi) tanlaydi, bu esa qizib ketish natijasida to'lqin uzunligining o'zgarishini oldini oladi. Ularning tuzilishi va qo'llanilish stsenariylariga ko'ra, yarimo'tkazgichli lazerlarni quyidagi to'rt toifaga bo'lish mumkin:
Yon nurlantiruvchi lazer (Yengil zarrachalar)
Lazer chipning yon tomonidagi yoriq yuzasidan chiqariladi va elliptik nuqta hosil qiladi (taxminan 30°×10° divergensiya burchagi bilan). Odatda to'lqin uzunliklari 808 nm (nasoslash uchun), 980 nm (aloqa uchun) va 1550 nm (tolali aloqa uchun) ni o'z ichiga oladi. U yuqori quvvatli sanoat kesish, tolali lazer nasos manbalari va optik aloqa magistral tarmoqlarida keng qo'llaniladi.
2. Vertikal bo'shliq yuzasini chiqaradigan lazer (VCSEL)
Lazer chip yuzasiga perpendikulyar ravishda, dumaloq va simmetrik nur bilan chiqariladi (divergensiya burchagi <15°). U taqsimlangan Bragg reflektorini (DBR) birlashtiradi, bu esa tashqi reflektorga ehtiyojni bartaraf etadi. U 3D sezish (masalan, mobil telefon yuzini aniqlash), qisqa masofali optik aloqa (ma'lumotlar markazlari) va LiDARda keng qo'llaniladi.
3. Kvant kaskad lazeri (QCL)
Kvant quduqlari orasidagi elektronlarning kaskadli o'tishiga asoslanib, to'lqin uzunligi populyatsiya inversiyasiga ehtiyoj sezmasdan, o'rta va uzoq infraqizil diapazonni (3-30 mkm) qamrab oladi. Fotonlar subbandlararo o'tishlar orqali hosil bo'ladi va odatda gazni aniqlash (masalan, CO₂ ni aniqlash), terahers tasvirlash va atrof-muhit monitoringi kabi dasturlarda qo'llaniladi.
4. Sozlanishi mumkin bo'lgan lazer
Sozlanadigan lazerning tashqi bo'shliq dizayni (panjara/prizma/MEMS oynasi) tor chiziq kengligi (<100 kHz) va yuqori yon rejimni rad etish nisbati (>50 dB) bilan ±50 nm to'lqin uzunligini sozlash diapazoniga erishishi mumkin. U odatda zich to'lqin uzunligini bo'lish multiplekslash (DWDM) aloqasi, spektral tahlil va biotibbiy tasvirlash kabi dasturlarda qo'llaniladi. Yarimo'tkazgichli lazerlar aloqa lazer qurilmalari, raqamli lazer saqlash qurilmalari, lazerni qayta ishlash uskunalari, lazer markalash va qadoqlash uskunalari, lazer terish va bosib chiqarish, lazer tibbiy uskunalari, lazer masofasi va kollimatsiyani aniqlash asboblari, o'yin-kulgi va ta'lim uchun lazer asboblari va uskunalari, lazer komponentlari va qismlari va boshqalarda keng qo'llaniladi. Ular lazer sanoatining asosiy komponentlariga tegishli. Qo'llanilish doirasi kengligi sababli, lazerlarning ko'plab brendlari va ishlab chiqaruvchilari mavjud. Tanlov qilishda u aniq ehtiyojlar va qo'llanilish sohalariga asoslanishi kerak. Turli ishlab chiqaruvchilar turli sohalarda turli xil qo'llanmalarga ega va ishlab chiqaruvchilar va lazerlarni tanlash loyihaning haqiqiy qo'llanilish sohasiga muvofiq amalga oshirilishi kerak.
Joylashtirilgan vaqt: 2025-yil 5-noyabr