Жарым өткөргүч лазердин иштөө принциби жана негизги түрлөрү

Иштөө принциби жана негизги түрлөрүжарым жарым лазер

Жарым өткөргүчЛазердик диоддоржогорку натыйжалуулугу, миниатюризациясы жана толкун узундугунун ар түрдүүлүгү менен байланыш, медициналык жардам жана өнөр жайлык кайра иштетүү сыяктуу тармактарда оптоэлектрондук технологиянын негизги компоненттери катары кеңири колдонулат. Бул макалада жарым өткөргүч лазерлердин иштөө принциби жана түрлөрү тааныштырылат, бул оптоэлектрондук изилдөөчүлөрдүн көпчүлүгү үчүн тандоо үчүн ыңгайлуу.

1. Жарым өткөргүч лазерлердин жарык чыгаруу принциби

Жарым өткөргүч лазерлердин люминесценция принциби жарым өткөргүч материалдарынын тилке түзүлүшүнө, электрондук өтүүлөргө жана стимулдаштырылган эмиссияга негизделген. Жарым өткөргүч материалдар - бул валенттик тилкени жана өткөргүчтүк тилкесин камтыган тилке аралыгы бар материалдын бир түрү. Материал негизги абалда болгондо, өткөргүчтүк тилкесинде электрондор жок кезде валенттик тилкени электрондор толтурат. Сырттан белгилүү бир электр талаасы берилгенде же ток сайылганда, кээ бир электрондор валенттик тилкеден өткөргүчтүк тилкесине өтүп, электрондук-тешиги жуптарын пайда кылат. Энергиянын бөлүнүп чыгуу процессинде, бул электрон-тешиги жуптары тышкы дүйнө тарабынан стимулдаштырылганда, фотондор, башкача айтканда, лазерлер пайда болот.

2. Жарым өткөргүч лазерлерди козгоо ыкмалары

Жарым өткөргүч лазерлер үчүн негизинен үч дүүлүктүрүү ыкмасы бар, атап айтканда, электрдик инъекция түрү, оптикалык насос түрү жана жогорку энергиялуу электрондук нур дүүлүктүрүү түрү.

Электрдик инжекцияланган жарым өткөргүч лазерлер: Негизинен, алар галлий арсениди (GaAs), кадмий сульфиди (CdS), индий фосфиди (InP) жана цинк сульфиди (ZnS) сыяктуу материалдардан жасалган жарым өткөргүч беттик туташуу диоддору. Алар алдыга жылышуу боюнча ток киргизүү менен козголот, бул туташуу тегиздигинин аймагында стимулдаштырылган эмиссияны пайда кылат.

Оптикалык насостук жарым өткөргүч лазерлер: Негизинен, жумушчу зат катары N-типтеги же P-типтеги жарым өткөргүч монокристалдар (мисалы, GaAS, InAs, InSb ж.б.) колдонулат, ал эмилазербашка лазерлер тарабынан чыгарылган нур оптикалык насостук козгоо катары колдонулат.

Жогорку энергиялуу электрондук нур менен дүүлүктүрүлгөн жарым өткөргүч лазерлер: Жалпысынан алганда, алар жумушчу зат катары N-типтеги же P-типтеги жарым өткөргүч монокристаллдарды (мисалы, PbS, CdS, ZhO ж.б.) колдонушат жана сырттан жогорку энергиялуу электрондук нурду сайып дүүлүктүрүшөт. Жарым өткөргүч лазердик түзүлүштөрдүн ичинен жакшыраак иштөөсү жана кеңири колдонулушу барлары кош гетероструктуралуу электр менен сайылган GaAs диоддук лазери болуп саналат.

3. Жарым өткөргүч лазерлердин негизги түрлөрү

Жарым өткөргүч лазердин активдүү аймагы фотондордун пайда болушу жана күчөтүлүшү үчүн негизги аймак болуп саналат жана анын калыңдыгы бир нече микрометрди гана түзөт. Ички толкун өткөргүч структуралары фотондордун каптал диффузиясын чектөө жана энергия тыгыздыгын жогорулатуу үчүн колдонулат (мисалы, кыр толкун өткөргүчтөрү жана көмүлгөн гетероөткөргүчтөр). Лазер жылуулукту жутуучу конструкцияны кабыл алат жана жылуулукту тез таратуу үчүн жогорку жылуулук өткөргүчтүк материалдарын (мисалы, жез-вольфрам эритмеси) тандайт, бул ысып кетүүдөн келип чыккан толкун узундугунун жылышынын алдын алат. Алардын түзүлүшүнө жана колдонуу сценарийлерине ылайык, жарым өткөргүч лазерлерди төмөнкү төрт категорияга бөлүүгө болот:

Четтен нур чыгаруучу лазер (ЖЭЛ)

Лазер чиптин капталындагы кесилиш бетинен чыгарылып, эллиптикалык такты пайда кылат (дивергенция бурчу болжол менен 30°×10°). Типтүү толкун узундуктарына 808 нм (соргуч үчүн), 980 нм (байланыш үчүн) жана 1550 нм (була байланыш үчүн) кирет. Ал жогорку кубаттуулуктагы өнөр жай кесүү, була лазердик соргуч булактарында жана оптикалык байланыш магистралдык тармактарында кеңири колдонулат.

2. Вертикалдык көңдөй бетин нурлантуучу лазер (VCSEL)

Лазер чиптин бетине перпендикулярдуу түрдө тегерек жана симметриялуу нур менен чыгарылат (дивергенция бурчу <15°). Ал бөлүштүрүлгөн Bragg рефлекторун (DBR) интеграциялайт, бул тышкы рефлекторго болгон муктаждыкты жокко чыгарат. Ал 3D сенсорлордо (мисалы, уюлдук телефондун жүзүн таануу), кыска аралыкка оптикалык байланышта (маалымат борборлору) жана LiDARда кеңири колдонулат.

3. Кванттык каскаддык лазер (QCL)

Кванттык Уэллстин ортосундагы электрондордун каскаддык өтүүсүнө негизделген толкун узундугу популяциянын инверсиясынын кажети жок, ортодон алыскы инфракызыл диапазонду (3-30 мкм) камтыйт. Фотондор субдиапазондор аралык өтүүлөр аркылуу пайда болот жана көбүнчө газды сезүү (мисалы, CO₂ аныктоо), терагерцтик сүрөткө тартуу жана айлана-чөйрөнү мониторинг жүргүзүү сыяктуу колдонмолордо колдонулат.

4. Түзөтүлүүчү лазер

Жөндөлүүчү лазердин тышкы көңдөй дизайны (торчо/призма/MEMS күзгүсү) ±50 нм толкун узундугун жөндөө диапазонуна жете алат, сызыктын туурасы тар (<100 кГц) жана каптал режимин четке кагуу коэффициенти жогору (>50 дБ). Ал көбүнчө тыгыз толкун узундугун бөлүү мультиплекстөө (DWDM) байланышы, спектрдик анализ жана биомедициналык сүрөткө тартуу сыяктуу колдонмолордо колдонулат. Жарым өткөргүч лазерлер байланыш лазердик түзмөктөрүндө, санариптик лазердик сактоо түзмөктөрүндө, лазердик иштетүү жабдууларында, лазердик белгилөө жана таңгактоо жабдууларында, лазердик терүү жана басып чыгарууда, лазердик медициналык жабдууларда, лазердик аралыкты жана коллимацияны аныктоочу аспаптарда, көңүл ачуу жана билим берүү үчүн лазердик аспаптарда жана жабдууларда, лазердик компоненттерде жана тетиктерде ж.б. кеңири колдонулат. Алар лазердик индустриянын негизги компоненттерине кирет. Колдонуу чөйрөсүнүн кеңири чөйрөсүнөн улам, лазерлердин көптөгөн бренддери жана өндүрүүчүлөрү бар. Тандоо жасоодо, ал белгилүү бир муктаждыктарга жана колдонуу тармактарына негизделиши керек. Ар кандай өндүрүүчүлөрдүн ар кандай тармактарда ар кандай колдонмолору бар жана өндүрүүчүлөрдү жана лазерлерди тандоо долбоордун чыныгы колдонуу тармагына ылайык жүргүзүлүшү керек.