Иштөө принциби жана негизги түрлөрүжарым өткөргүч лазер
Жарым өткөргүчЛазердик диоддор, алардын жогорку натыйжалуулугу, кичирейтүү жана толкун узундугу ар түрдүүлүгү менен, көп, мисалы, байланыш, медициналык жардам жана өнөр жай иштетүү сыяктуу тармактарда оптоэлектрондук технологиянын негизги компоненттери катары колдонулат. Бул макалада жарым өткөргүч лазерлердин иштөө принциби жана түрлөрү менен тааныштырылат, бул оптоэлектрондук изилдөөчүлөрдүн көпчүлүгүнүн тандоо шилтемеси үчүн ыңгайлуу.
1. Жарым өткөргүч лазерлердин жарык чыгаруу принциби
Жарым өткөргүч лазерлердин люминесценция принциби диапазондук түзүлүшкө, электрондук өтүүлөргө жана жарым өткөргүч материалдардын стимулданган эмиссиясына негизделген. Жарым өткөргүч материалдар – валенттик тилке менен өткөргүч тилкесин камтыган тилкелүү материалдын бир түрү. Материал негизги абалда болгондо, электрондор валенттик тилкеге толтурулат, ал эми өткөрүү тилкесинде электрондор жок. Белгилүү бир электр талаасы сырттан колдонулганда же ток сайылганда, кээ бир электрондор валенттик тилкеден өткөргүч тилкеге өтүп, электрондук тешик жуптарын түзүшөт. Энергияны чыгаруу процессинде, бул электрон-тешик түгөйлөрү тышкы дүйнө тарабынан стимулдалып жатканда, фотондор, б.а. лазерлер пайда болот.
2. Жарым өткөргүч лазерлердин дүүлүктүрүү ыкмалары
Жарым өткөргүчтүү лазерлер үчүн негизинен үч дүүлүктүрүү ыкмасы бар, атап айтканда, электрдик инжектордук түрү, оптикалык насостун түрү жана жогорку энергиялуу электрон нурунун дүүлүктүрүү түрү.
Электрдик инъекциялык жарым өткөргүч лазерлер: Негизинен, алар галлий арсениди (GaAs), кадмий сульфиди (CdS), индий фосфиди (InP) жана цинк сульфиди (ZnS) сыяктуу материалдардан жасалган жарым өткөргүчтүү беттик байланыш диоддору. Алар агымды алдыга жылдыруу боюнча инъекциялоо аркылуу козголуп, туташтырылган тегиздиктин аймагында стимулданган эмиссияны жаратышат.
Оптикалык насостук жарым өткөргүчтүү лазерлер: Негизинен N-тип же P-типтеги жарым өткөргүчтүү монокристаллдар (мисалы, GaAS, InAs, InSb ж.б.) жумушчу зат катары колдонулат жаналазербашка лазерлер тарабынан чыгарылган оптикалык насостук дүүлүктүрүү катары колдонулат.
Жогорку энергиялуу электрон шооласы менен дүүлүктүрүлгөн жарым өткөргүч лазерлер: Негизинен алар N тибиндеги же P тибиндеги жарым өткөргүчтүү монокристаллдарды (мисалы, PbS,CdS,ZhO ж.б.) жумушчу зат катары колдонушат жана сырттан жогорку энергиялуу электрон нурун сайып дүүлүктүрүшөт. Жарым өткөргүчтүү лазердик түзүлүштөрдүн ичинен жакшыраак иштеши жана кеңири колдонулушу кош гетероструктурасы бар электрдик инъекцияланган GaAs диоддук лазер болуп саналат.
3. Жарым өткөргүч лазерлердин негизги түрлөрү
Жарым өткөргүч лазердин активдүү аймагы фотондорду түзүү жана күчөтүү үчүн негизги аймак болуп саналат жана анын калыңдыгы бир нече микрометрди гана түзөт. Ички толкун өткөргүч структуралары фотондордун каптал диффузиясын чектөө жана энергиянын тыгыздыгын жогорулатуу үчүн колдонулат (мисалы, кырка толкун өткөргүчтөрү жана көмүлгөн гетероиджиктер). Лазер жылуулук раковинасынын дизайнын кабыл алат жана жылуулуктун тез таралышы үчүн жогорку жылуулук өткөргүчтүү материалдарды (мисалы, жез-вольфрам эритмесин) тандайт, бул ашыкча ысып кетүүдөн улам толкун узундуктарынын дрейфинин алдын алат. Алардын түзүлүшү жана колдонуу сценарийлери боюнча, жарым өткөргүч лазер төмөнкү төрт категорияга бөлүнөт:
Чет чыгаруучу лазер (EEL)
Лазер чиптин капталындагы жиктин бетинен чыгарылып, эллиптикалык такты (дивергенция бурчу болжол менен 30°×10°) түзөт. Типтүү толкун узундуктары 808 нм (насос үчүн), 980 нм (байланыш үчүн) жана 1550 нм (була байланышы үчүн) кирет. Ал көп кубаттуу өнөр жай кесүү, була лазер насостук булактары, жана оптикалык байланыш магистралдык тармактарда колдонулат.
2. Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL)
Лазер чиптин бетине перпендикуляр, тегерек жана симметриялуу нур менен (дивергенция бурчу <15°) чыгарылат. Ал бөлүштүрүлгөн Bragg рефлекторун (DBR) бириктирип, тышкы чагылдыргычка болгон муктаждыкты жокко чыгарат. Ал 3D-сенсингде (мисалы, уюлдук телефондун жүзүн таануу), кыска аралыктагы оптикалык байланышта (маалымат борборлору) жана LiDARда кеңири колдонулат.
3. Кванттык каскаддык лазер (QCL)
Кванттык скважиналардын ортосундагы электрондордун каскаддык өтүүсүнө негизделген толкун узундугу популяциянын инверсиясын талап кылбастан, ортодон алыскы инфракызыл диапазонду (3-30 мкм) камтыйт. Фотондор тилке аралык өтүүлөр аркылуу түзүлөт жана көбүнчө газды сезүү (мисалы, CO₂ аныктоо), терагерц сүрөттөө жана айлана-чөйрөнү көзөмөлдөө сыяктуу колдонмолордо колдонулат.
Түзүлүүчү лазердин сырткы көңдөйүнүн дизайны (торчо/призма/MEMS күзгүсү) ±50 нм толкун узундугун тууралоо диапазонуна жете алат, линия тар (<100 кГц) жана каптал режимин четке кагуу коэффициенти (>50 дБ). Ал, адатта, тыгыз толкун узундугун бөлүү мультиплекстөө (DWDM) байланыш, спектралдык анализ жана биомедициналык сүрөттөө сыяктуу колдонмолордо колдонулат. Жарым өткөргүч лазерлер байланыш лазердик түзүлүштөрүндө, санариптик лазердик сактоочу түзүлүштөрдө, лазердик иштетүү жабдууларында, лазердик белгилөө жана таңгактоо жабдууларында, лазердик терүү жана басып чыгарууда, лазердик медициналык жабдууларда, лазердик аралыкты жана коллимацияны аныктоочу аспаптарда, лазердик аспаптарда жана көңүл ачуу жана билим берүү үчүн жабдууларда кеңири колдонулат. Колдонуулардын кеңири чөйрөсүнөн улам, лазердин көптөгөн бренддери жана өндүрүүчүлөрү бар. Тандоодо, ал белгилүү бир муктаждыктарга жана колдонуу талааларына негизделиши керек. Ар кандай өндүрүүчүлөрдүн ар кандай тармактарда ар кандай колдонмолору бар, ал эми өндүрүүчүлөрдү жана лазерлерди тандоо долбоордун чыныгы колдонуу тармагына ылайык жүргүзүлүшү керек.
Посттун убактысы: 2025-жылдын 5-ноябрына чейин