Kas yra puslaidininkiniai lazeriai? (Ⅰ dalis)

Nuo pat pirmojo išradimoPuslaidininkiniai lazeriaipasaulyje 1962 metais puslaidininkinis lazeris patyrė didelių pokyčių, labai skatindamas kitų mokslo ir technologijų raidą, ir yra vertinamas kaip vienas iš svarbių XX a. Pastaraisiais dešimtmečiais puslaidininkinių lazerių plėtra buvo spartesnė ir tapo greičiausiai pasaulyje besivystančia lazerių technologija. Puslaidininkinių lazerių taikymas apima visą optoelektronikos sritį ir tapo pagrindine optoelektronikos mokslo technologija. Dėl mažo dydžio, paprastos konstrukcijos, mažos įvesties energijos, ilgo tarnavimo, lengvo moduliavimo ir mažos kainos pranašumų puslaidininkinis lazeris buvo plačiai naudojamas optoelektronikos srityje ir buvo labai vertinamas viso pasaulio šalių.

1. Puslaidininkiniai lazeriai

Puslaidininkinis lazeris yra tam tikras miniatiūrinis lazeris, sudarytas iš Pn jungties arba tiesioginės juostos tarpo puslaidininkinės medžiagos. Yra dešimtys rūšių puslaidininkių lazeriu veikiančių medžiagų. Šiuo metu puslaidininkinės medžiagos, iš kurių gaminami lazeriai, yra galio arsenidas, indžio arsenidas, indžio antimonidas, kadmio sulfidas, kadmio teluridas, švino selenidas, švino teluridas, aliuminio galio arsenas, indžio fosforo arsenas ir kt. Yra trijų rūšių puslaidininkinio lazerio sužadinimo režimai, būtent elektrinis įpurškimas, optinis siurblys ir didelės energijos elektronų pluošto sužadinimas. Daugumos puslaidininkinių lazerių sužadinimo režimas yra elektrinis įpurškimas, tai yra, į Pn sandūrą taikoma tiesioginė įtampa, kad būtų generuojama stimuliuojama emisija sankryžos plokštumos srityje, tai yra, tai yra į priekį nukreiptas diodas. Todėl puslaidininkinis lazeris dar vadinamas puslaidininkiniu lazeriniu diodu. Puslaidininkiams, kadangi elektronai pereina tarp energijos juostų, o ne tarp atskirų energijos lygių, perėjimo energija nėra apibrėžta vertė, todėl puslaidininkinio lazerio išėjimo bangos ilgis pasklinda plačiame diapazone. Jie skleidžia bangos ilgius nuo 0.3 iki 34μm. Bangos ilgio diapazonas priklauso nuo naudojamos medžiagos juostos tarpo. Įprasto AlGaAs dvigubos heterosankcijos lazerio išėjimo bangos ilgis yra 750–890 nm.

Puslaidininkinių lazerių gamybos technologija yra patyrusi nuo difuzijos metodo iki skystosios fazės epitaksijos (LPE), dujų fazės epitaksijos (VPE), molekulinio pluošto epitaksijos (MBE), MOCVD metodo (organinio metalo nusodinimo garais), cheminio pluošto epitaksijos (CBE) ir įvairių jų įvairių procesų derinys. Puslaidininkinio lazerio trūkumas yra tas, kad lazerio veikimą įtakoja temperatūra, o pluošto divergencijos kampas yra didelis (paprastai nuo kelių laipsnių iki 20 laipsnių), todėl jo kryptingumas, monochromatinės savybės ir koherentiškumas yra prastas. Tačiau sparčiai tobulėjant mokslui ir technologijoms, dpss lazerių tyrimai žengia į priekį gylio kryptimi, o puslaidininkinio lazerio našumas nuolat gerėja. Puslaidininkinės optoelektronikos technologija, kurios branduolys yra puslaidininkinis lazeris, padarys didesnę pažangą ir vaidins didesnį vaidmenį XXI amžiaus informacinėje visuomenėje.

2. Puslaidininkinių lazerių veikimo principas

Puslaidininkinis lazeris yra koherentinis spinduliuotės šaltinis. Norint generuoti lazerį, turi būti įvykdytos trys pagrindinės sąlygos.

①Gindymo sąlyga: nustatomas krūvininkų inversinis pasiskirstymas žadinimo terpėje (aktyviojoje srityje). Puslaidininkiuose elektronų energiją vaizduoja beveik nenutrūkstamų energijos lygių serija. Tai pasiekiama pritaikius priekinį poslinkį homogeninei arba heterosanjonei ir į aktyvųjį sluoksnį įpurškiant reikiamus krūvininkus, kad sužadintų elektronus iš žemesnės valentinės juostos į aukštesnio laidumo juostą. Stimuliuota emisija atsiranda, kai daug elektronų atvirkštinės dalelių populiacijos būsenoje rekombinuojasi su skylėmis.

② norint iš tikrųjų gauti nuoseklią sužadintą spinduliuotę, optiniame rezonatoriuje reikia sužadinti spinduliuotę, kad gautų daugybinį grįžtamąjį ryšį ir susidarytų lazerio virpesiai, lazerio rezonatorių sudaro natūralus puslaidininkinio kristalo, kaip veidrodžio, skilimo paviršius, paprastai galų gale. šviesos dengimo ant aukšto atvirkštinio daugiasluoksnio dielektrinės plėvelės ir lygaus paviršiaus padengimo ant sumažintos atvirkštinės plėvelės. Fp ertmės (Fabry-Perot ertmės) puslaidininkinio lazerio FP ertmę galima patogiai sudaryti natūralia skilimo plokštuma, statmena kristalo pn sandūros plokštumai.

③ Kad susidarytų stabilūs virpesiai, lazerio terpė turi turėti pakankamai stiprinimo, kad kompensuotų optinius nuostolius, kuriuos sukelia rezonansinė ertmė ir lazerio išvestis iš ertmės paviršiaus, ir nuolat didinti optinį lauką ertmėje. Tam reikia pakankamai stiprios srovės įpurškimo, tai yra pakankamai dalelių skaičiaus inversijos. Kuo didesnis dalelių skaičiaus inversijos laipsnis, tuo didesnis stiprinimas, tai yra, turi būti įvykdyta tam tikra srovės slenkstinė sąlyga. Kai lazeris pasiekia slenkstį, tam tikro bangos ilgio šviesa gali rezonuoti ertmėje ir būti sustiprinta, o galiausiai suformuoti lazerį ir nuolat skleisti. Galima pastebėti, kad elektrono ir skylės dipolio perėjimas yra pagrindinis šviesos emisijos ir šviesos stiprinimo procesas puslaidininkiniuose lazeriuose. Kalbant apie naująjį puslaidininkinį lazerį, visuotinai pripažįstama, kad kvantinis šulinys yra pagrindinė lazerių kūrimo varomoji jėga. Klausimas, ar kvantiniai laidai ir taškai gali visiškai išnaudoti kvantinių efektų privalumus, išplito ir šį šimtmetį. Mokslininkai eksperimentavo su savaime besiorganizuojančiomis struktūromis, kad įvairiose medžiagose susidarytų kvantiniai taškai, o GaInN kvantiniai taškai buvo naudojami puslaidininkiniuose lazeriuose.

Perkėlimas į Ⅱ dalį supranta jos istoriją ir taikymą

Kontaktinė informacija:

Jei turite kokių nors idėjų, nedvejodami pasikalbėkite su mumis. Nesvarbu, kur yra mūsų klientai ir kokie yra mūsų reikalavimai, sieksime savo tikslo teikti klientams aukštą kokybę, žemas kainas ir geriausias paslaugas.