Ang prinsipyo sa pagtrabaho ug mga nag-unang klase sa semiconductor laser

Ang prinsipyo sa pagtrabaho ug mga nag-unang matang salaser nga semiconductor

SemikonduktorMga diode sa laser, uban sa ilang taas nga efficiency, miniaturization ug wavelength diversity, kaylap nga gigamit isip core components sa optoelectronic technology sa mga natad sama sa komunikasyon, medical care ug industrial processing. Kini nga artikulo dugang nga nagpaila sa prinsipyo sa pagtrabaho ug mga klase sa semiconductor lasers, nga sayon ​​​​alang sa reperensya sa pagpili sa kadaghanan sa mga optoelectronic researchers.

1. Ang prinsipyo sa pagpagawas sa kahayag sa mga semiconductor laser

Ang prinsipyo sa luminescence sa mga semiconductor laser gibase sa istruktura sa band, electronic transitions, ug stimulated emission sa mga materyales sa semiconductor. Ang mga materyales sa semiconductor usa ka klase sa materyal nga adunay bandgap, nga naglakip sa valence band ug conduction band. Kung ang materyal naa sa ground state, ang mga electron mopuno sa valence band samtang walay mga electron sa conduction band. Kung ang usa ka piho nga electric field ipadapat sa gawas o usa ka current ang i-inject, ang pipila ka mga electron mobalhin gikan sa valence band ngadto sa conduction band, nga magporma og mga electron-hole pairs. Atol sa proseso sa pagpagawas sa enerhiya, kung kini nga mga electron-hole pairs ma-stimulate sa gawas nga kalibutan, ang mga photon, nga mao, ang mga laser, mamugna.

2. Mga pamaagi sa pag-excite sa mga semiconductor laser

Adunay tulo ka pangunang pamaagi sa excitation para sa mga semiconductor laser, nga mao ang electrical injection type, optical pump type ug high-energy electron beam excitation type.

Mga laser nga semiconductor nga gi-inject sa kuryente: Kasagaran, kini mga semiconductor surface-junction diode nga hinimo sa mga materyales sama sa gallium arsenide (GaAs), cadmium sulfide (CdS), indium phosphide (InP), ug zinc sulfide (ZnS). Kini gi-excite pinaagi sa pag-inject sa kuryente subay sa forward bias, nga nagmugna og stimulated emission sa rehiyon sa junction plane.

Mga laser nga semiconductor nga gibomba sa optika: Kasagaran, ang mga kristal nga single semiconductor nga N-type o P-type (sama sa GaAS, InAs, InSb, ug uban pa) gigamit isip sangkap nga gigamit sa pagtrabaho, ug anglaserAng gipagawas sa ubang mga laser gigamit isip optically pumped excitation.

Mga high-energy electron beam-excited semiconductor laser: Kasagaran, naggamit usab sila og N-type o P-type semiconductor single crystals (sama sa PbS, CdS, ZhO, ug uban pa) isip working substance ug gi-excite pinaagi sa pag-inject og high-energy electron beam gikan sa gawas. Taliwala sa mga semiconductor laser device, ang mas maayo ang performance ug mas lapad ang aplikasyon mao ang electrically injected GaAs diode laser nga adunay double heterostructure.

3. Ang mga nag-unang klase sa semiconductor lasers

Ang Aktibong Rehiyon sa usa ka semiconductor laser mao ang kinauyokan nga lugar alang sa pagmugna ug pagpadako sa photon, ug ang gibag-on niini pipila lang ka micrometer. Ang mga internal nga istruktura sa waveguide gigamit aron mapugngan ang lateral diffusion sa mga photon ug mapalambo ang densidad sa enerhiya (sama sa ridge waveguides ug buried heterojunctions). Ang laser nagsagop sa usa ka disenyo sa heat sink ug nagpili sa mga materyales nga taas og thermal conductivity (sama sa copper-tungsten alloy) alang sa paspas nga pagkabungkag sa kainit, nga makapugong sa wavelength drift nga gipahinabo sa sobrang kainit. Sumala sa ilang istruktura ug mga senaryo sa aplikasyon, ang mga semiconductor laser mahimong maklasipikar sa mosunod nga upat ka mga kategorya:

Laser nga Nagpagawas sa Ngilit (EEL)

Ang laser gipagawas gikan sa cleavage surface sa kilid sa chip, nga nagporma og elliptical spot (nga adunay divergence Angle nga gibana-bana nga 30°×10°). Ang kasagarang mga wavelength naglakip sa 808nm (para sa pumping), 980 nm (para sa komunikasyon), ug 1550 nm (para sa fiber communication). Kini kaylap nga gigamit sa high-power industrial cutting, fiber laser pumping sources, ug optical communication backbone networks.

2. Bertikal nga Lungag nga Nagpagawas sa Ibabaw nga Laser (VCSEL)

Ang laser gipabuga nga patindog sa nawong sa chip, nga adunay lingin ug simetriko nga sinag (divergence Angle <15°). Gi-integrate niini ang usa ka distributed Bragg reflector (DBR), nga nagwagtang sa panginahanglan alang sa usa ka external reflector. Kini kaylap nga gigamit sa 3D sensing (sama sa mobile phone face recognition), short-range optical communication (data centers), ug LiDAR.

3. Quantum Cascade Laser (QCL)

Base sa cascade transition sa mga electron taliwala sa quantum Wells, ang wavelength naglangkob sa mid-to-far-infrared range (3-30 μm), nga dili kinahanglan ang population inversion. Ang mga photon namugna pinaagi sa intersubband transitions ug kasagarang gigamit sa mga aplikasyon sama sa gas sensing (sama sa CO₂ detection), terahertz imaging, ug environmental monitoring.

4. Ma-tune nga Laser

Ang disenyo sa gawas nga lungag sa tunable laser (grating/prism/MEMS mirror) makab-ot ang wavelength tuning range nga ±50 nm, nga adunay pig-ot nga linewidth (<100 kHz) ug taas nga side-mode rejection ratio (>50 dB). Kasagaran kini gigamit sa mga aplikasyon sama sa dense wavelength division multiplexing (DWDM) communication, spectral analysis, ug biomedical imaging. Ang mga semiconductor laser kay kaylap nga gigamit sa mga communication laser device, digital laser storage device, laser processing equipment, laser marking ug packaging equipment, laser typesetting ug printing, laser medical equipment, laser distance ug collimation detection instruments, laser instruments ug equipment para sa kalingawan ug edukasyon, laser components ug parts, ug uban pa. Kini nahisakop sa mga core components sa industriya sa laser. Tungod sa halapad nga mga aplikasyon niini, adunay daghang mga brand ug manufacturer sa lasers. Sa pagpili, kinahanglan kini ibase sa piho nga mga panginahanglan ug mga natad sa aplikasyon. Ang lainlaing mga tiggama adunay lainlaing mga aplikasyon sa lainlaing mga natad, ug ang pagpili sa mga tiggama ug laser kinahanglan nga himuon sumala sa aktuwal nga natad sa aplikasyon sa proyekto.