Die werkbeginsel en hooftipes vanhalfgeleierlaser
HalfgeleierLaserdiodes, met hul hoë doeltreffendheid, miniaturisering en golflengte-diversiteit, word wyd gebruik as kernkomponente van opto-elektroniese tegnologie in velde soos kommunikasie, mediese sorg en industriële verwerking. Hierdie artikel stel verder die werkbeginsel en tipes halfgeleierlasers bekend, wat gerieflik is vir die seleksieverwysing van die meerderheid opto-elektroniese navorsers.
1. Die liguitstralende beginsel van halfgeleierlasers
Die luminessensiebeginsel van halfgeleierlasers is gebaseer op die bandstruktuur, elektroniese oorgange en gestimuleerde emissie van halfgeleiermateriale. Halfgeleiermateriale is 'n tipe materiaal met 'n bandgaping, wat 'n valensband en 'n geleidingsband insluit. Wanneer die materiaal in die grondtoestand is, vul elektrone die valensband terwyl daar geen elektrone in die geleidingsband is nie. Wanneer 'n sekere elektriese veld ekstern toegepas word of 'n stroom ingespuit word, sal sommige elektrone van die valensband na die geleidingsband oorgaan en elektron-gat-pare vorm. Tydens die proses van energievrystelling, wanneer hierdie elektron-gat-pare deur die buitewêreld gestimuleer word, sal fotone, dit wil sê lasers, gegenereer word.
2. Opwekkingsmetodes van halfgeleierlasers
Daar is hoofsaaklik drie opwekkingsmetodes vir halfgeleierlasers, naamlik elektriese inspuitingtipe, optiese pomptipe en hoë-energie elektronstraal-opwekkingstipe.
Elektries ingespuite halfgeleierlasers: Oor die algemeen is hulle halfgeleier-oppervlakvoegdiodes gemaak van materiale soos galliumarsenied (GaAs), kadmiumsulfied (CdS), indiumfosfied (InP) en sinksulfied (ZnS). Hulle word opgewek deur stroom langs die voorwaartse voorspanning in te spuit, wat gestimuleerde emissie in die voegvlakgebied genereer.
Opties gepompte halfgeleierlasers: Oor die algemeen word N-tipe of P-tipe halfgeleier-enkelkristalle (soos GaAS, InAs, InSb, ens.) as die werkstof gebruik, en dielaserwat deur ander lasers uitgestraal word, word as die opties gepompte opwekking gebruik.
Hoë-energie elektronstraal-opgewekte halfgeleierlasers: Oor die algemeen gebruik hulle ook N-tipe of P-tipe halfgeleier-enkelkristalle (soos PbS, CdS, ZhO, ens.) as die werkende stof en word opgewek deur 'n hoë-energie elektronstraal van buite in te spuit. Onder halfgeleierlasertoestelle is die een met beter werkverrigting en wyer toepassing die elektries ingespuite GaAs-diodelaser met 'n dubbele heterostruktuur.
3. Die hooftipes halfgeleierlasers
Die Aktiewe Gebied van 'n halfgeleierlaser is die kernarea vir fotonopwekking en -versterking, en die dikte daarvan is slegs 'n paar mikrometer. Interne golfgeleierstrukture word gebruik om die laterale diffusie van fotone te beperk en energiedigtheid te verbeter (soos rifgolfgidse en begrawe heterojuncties). Die laser gebruik 'n hitteafvoer-ontwerp en kies materiale met hoë termiese geleidingsvermoë (soos koper-wolframlegering) vir vinnige hitteverspreiding, wat golflengte-drywing wat deur oorverhitting veroorsaak word, kan voorkom. Volgens hul struktuur en toepassingscenario's kan halfgeleierlasers in die volgende vier kategorieë geklassifiseer word:
Rand-emitterende laser (EEL)
Die laser word vanaf die splitsingsoppervlak aan die kant van die skyfie uitgevoer en vorm 'n elliptiese kol (met 'n divergensiehoek van ongeveer 30° × 10°). Tipiese golflengtes sluit in 808 nm (vir pomping), 980 nm (vir kommunikasie) en 1550 nm (vir veselkommunikasie). Dit word wyd gebruik in hoë-krag industriële sny, vesellaserpompbronne en optiese kommunikasie-ruggraatnetwerke.
2. Vertikale Holte-oppervlakte-uitstralende laser (VCSEL)
Die laser word loodreg op die oppervlak van die skyfie uitgestraal, met 'n sirkelvormige en simmetriese straal (divergensiehoek <15°). Dit integreer 'n verspreide Bragg-reflektor (DBR), wat die behoefte aan 'n eksterne reflektor uitskakel. Dit word wyd gebruik in 3D-waarneming (soos gesigsherkenning van selfone), kortafstand optiese kommunikasie (datasentrums) en LiDAR.
3. Kwantumkaskadelaser (QCL)
Gebaseer op die kaskade-oorgang van elektrone tussen kwantumputte, dek die golflengte die middel-tot-ver-infrarooi reeks (3-30 μm), sonder die behoefte aan populasie-inversie. Fotone word gegenereer deur intersubband-oorgange en word algemeen gebruik in toepassings soos gaswaarneming (soos CO₂-opsporing), terahertz-beelding en omgewingsmonitering.
Die afstembare laser se eksterne holte-ontwerp (rooster/prisma/MEMS-spieël) kan 'n golflengte-afstembereik van ±50 nm bereik, met 'n nou lynwydte (<100 kHz) en 'n hoë symodus-verwerpingsverhouding (>50 dB). Dit word algemeen gebruik in toepassings soos digte golflengtedelingsmultipleksering (DWDM) kommunikasie, spektrale analise en biomediese beeldvorming. Halfgeleierlasers word wyd gebruik in kommunikasielasertoestelle, digitale laserbergingstoestelle, laserverwerkingstoerusting, lasermerk- en verpakkingstoerusting, lasersetwerk en -drukwerk, lasermediese toerusting, laserafstand- en kollimasie-opsporingsinstrumente, laserinstrumente en -toerusting vir vermaak en onderwys, laserkomponente en -onderdele, ens. Hulle behoort tot die kernkomponente van die laserbedryf. As gevolg van die wye reeks toepassings, is daar talle handelsmerke en vervaardigers van lasers. Wanneer 'n keuse gemaak word, moet dit gebaseer wees op spesifieke behoeftes en toepassingsvelde. Verskillende vervaardigers het verskillende toepassings in verskeie velde, en die keuse van vervaardigers en lasers moet gemaak word volgens die werklike toepassingsveld van die projek.
Plasingstyd: Nov-05-2025