Ishlash printsipi va asosiy turlariyarimo'tkazgichli lazer
Yarimo'tkazgichLazerli diodlar, yuqori samaradorligi, miniaturizatsiyasi va to'lqin uzunligi xilma-xilligi bilan aloqa, tibbiy yordam va sanoatni qayta ishlash kabi sohalarda optoelektronik texnologiyaning asosiy komponentlari sifatida keng qo'llaniladi. Ushbu maqolada ko'pchilik optoelektronik tadqiqotchilarning tanlov ma'lumotnomasi uchun qulay bo'lgan yarimo'tkazgichli lazerlarning ishlash printsipi va turlari ko'rsatilgan.
1. Yarimo'tkazgichli lazerlarning yorug'lik chiqarish printsipi
Yarimo'tkazgichli lazerlarning luminesans printsipi tarmoqli tuzilishiga, elektron o'tishlarga va yarimo'tkazgichli materiallarning rag'batlantirilgan emissiyasiga asoslanadi. Yarimo'tkazgichli materiallar - valentlik zonasi va o'tkazuvchanlik zonasini o'z ichiga olgan tarmoqli oralig'i bo'lgan material turi. Material asosiy holatda bo'lganda, elektronlar valentlik zonasini to'ldiradi, o'tkazuvchanlik zonasida elektronlar yo'q. Ma'lum bir elektr maydoni tashqaridan qo'llanilganda yoki tok yuborilsa, ba'zi elektronlar valentlik zonasidan o'tkazuvchanlik zonasiga o'tadi va elektron teshik juftlarini hosil qiladi. Energiyani chiqarish jarayonida, bu elektron-teshik juftlari tashqi dunyo tomonidan qo'zg'atilganda, fotonlar, ya'ni lazerlar hosil bo'ladi.
2. Yarimo'tkazgichli lazerlarning qo'zg'alish usullari
Yarimo'tkazgichli lazerlar uchun asosan uchta qo'zg'alish usuli mavjud, ya'ni elektr in'ektsiya turi, optik nasos turi va yuqori energiyali elektron nurli qo'zg'alish turi.
Elektr bilan AOK qilingan yarimo'tkazgichli lazerlar: Umuman olganda, ular galyum arsenid (GaAs), kadmiy sulfid (CdS), indiy fosfidi (InP) va sink sulfid (ZnS) kabi materiallardan tayyorlangan yarim o'tkazgichli sirt birlashma diodlari. Ular to'g'ridan-to'g'ri yo'nalish bo'ylab oqimni in'ektsiya qilish orqali hayajonlanadi, bu esa ulanish tekisligi hududida stimulyatsiyalangan emissiya hosil qiladi.
Optik pompalanadigan yarimo'tkazgichli lazerlar: Odatda, N tipidagi yoki P tipidagi yarimo'tkazgichli monokristallar (masalan, GaAS, InAs, InSb va boshqalar) ishchi modda sifatida ishlatiladi valazeroptik pompalanadigan qo'zg'alish sifatida boshqa lazerlar tomonidan chiqariladi.
Yuqori energiyali elektron nurlari bilan qo'zg'atilgan yarimo'tkazgichli lazerlar: Odatda, ular N tipidagi yoki P tipidagi yarimo'tkazgichli monokristallardan (masalan, PbS, CdS, ZhO va boshqalar) ishchi modda sifatida foydalanadilar va tashqi tomondan yuqori energiyali elektron nurni kiritish orqali hayajonlanadilar. Yarimo'tkazgichli lazer qurilmalari orasida yaxshi ishlashi va keng qo'llanilishiga ega bo'lgan ikkita heterostrukturaga ega bo'lgan elektr in'ektsion GaAs diodli lazeridir.
3. Yarimo'tkazgichli lazerlarning asosiy turlari
Yarimo'tkazgichli lazerning faol hududi foton hosil qilish va kuchaytirish uchun asosiy maydon bo'lib, uning qalinligi bir necha mikrometrga teng. Ichki to'lqin o'tkazgich tuzilmalari fotonlarning lateral tarqalishini cheklash va energiya zichligini oshirish uchun ishlatiladi (masalan, tizma to'lqin o'tkazgichlari va ko'milgan hetero-birikmalar). Lazer issiqlik qabul qiluvchi dizaynini qabul qiladi va tez issiqlik tarqalishi uchun yuqori issiqlik o'tkazuvchanlik materiallarini (masalan, mis-volfram qotishmasi) tanlaydi, bu esa haddan tashqari issiqlik tufayli to'lqin uzunligi siljishining oldini oladi. Yarimo'tkazgichli lazerlarni tuzilishi va qo'llash stsenariylariga ko'ra quyidagi to'rt toifaga bo'lish mumkin:
Kengayuvchi lazer (EEL)
Lazer chipning yon tomonidagi bo'linish yuzasidan chiqariladi va elliptik nuqta hosil qiladi (divergentsiya burchagi taxminan 30 ° × 10 °). Odatda to'lqin uzunliklari orasida 808 nm (nasos uchun), 980 nm (aloqa uchun) va 1550 nm (tolali aloqa uchun) mavjud. U yuqori quvvatli sanoat kesish, tolali lazerli nasos manbalari va optik aloqa magistral tarmoqlarida keng qo'llaniladi.
2. Vertikal bo'shliqli sirtni chiqaruvchi lazer (VCSEL)
Lazer chip yuzasiga perpendikulyar ravishda aylana va simmetrik nur bilan chiqariladi (divergensiya burchagi <15°). U taqsimlangan Bragg reflektorini (DBR) birlashtiradi, bu tashqi reflektorga ehtiyojni yo'q qiladi. U 3D zondlashda (masalan, mobil telefon yuzini aniqlash), qisqa masofali optik aloqada (maʼlumotlar markazlari) va LiDARda keng qoʻllaniladi.
3. Kvant kaskadli lazer (QCL)
Elektronlarning kvant quduqlari orasidagi kaskad o'tishiga asoslanib, to'lqin uzunligi o'rta va uzoq infraqizil diapazonni (3-30 mkm) qamrab oladi, bunda populyatsiya inversiyasiga ehtiyoj sezilmaydi. Fotonlar subbandalararo o'tishlar orqali hosil bo'ladi va odatda gazni aniqlash (CO₂ aniqlash kabi), terahertz tasviri va atrof-muhit monitoringi kabi ilovalarda qo'llaniladi.
4. Sozlanishi mumkin bo'lgan lazer
Sozlanishi mumkin bo'lgan lazerning tashqi bo'shlig'i 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 uzunligi bo'linishi multipleksatsiyasi (DWDM) aloqasi, spektral tahlil va biomedikal tasvirlash kabi ilovalarda qo'llaniladi. Yarimo'tkazgichli lazerlar aloqa lazer qurilmalari, raqamli lazer saqlash qurilmalari, lazerni qayta ishlash uskunalari, lazer markalash va qadoqlash uskunalari, lazerli terish va bosib chiqarish, lazerli tibbiy asbob-uskunalar, lazer masofasi va kolimatsiyani aniqlash asboblari, lazer asboblari va o'yin-kulgi va ta'lim uchun uskunalar, lazer komponentlari va qismlari va boshqalarda keng qo'llaniladi. Ilovalarning keng doirasi tufayli lazerlarning ko'plab markalari va ishlab chiqaruvchilari mavjud. Tanlashda, u muayyan ehtiyojlar va dastur sohalariga asoslangan bo'lishi kerak. Turli ishlab chiqaruvchilar turli sohalarda turli xil ilovalarga ega va ishlab chiqaruvchilar va lazerlarni tanlash loyihaning haqiqiy qo'llanilishi sohasiga qarab amalga oshirilishi kerak.
Yuborilgan vaqt: 2025 yil 05-noyabr