Prinsip operasi sareng jinis utamalaser semikonduktor
SemikonduktorDioda laser, kalayan efisiensi anu luhur, miniaturisasi sareng rupa-rupa panjang gelombangna, seueur dianggo salaku komponén inti téknologi optoelektronik dina widang sapertos komunikasi, perawatan médis sareng pamrosésan industri. Artikel ieu langkung ngenalkeun prinsip kerja sareng jinis laser semikonduktor, anu merenah pikeun rujukan pilihan mayoritas panaliti optoelektronik.
1. Prinsip pancaran cahaya laser semikonduktor
Prinsip luminesensi laser semikonduktor dumasar kana struktur pita, transisi éléktronik, sareng émisi anu dirangsang tina bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor nyaéta jinis bahan anu gaduh celah pita, anu kalebet pita valénsi sareng pita konduksi. Nalika bahan aya dina kaayaan dasar, éléktron ngeusian pita valénsi sedengkeun teu aya éléktron dina pita konduksi. Nalika médan listrik anu tangtu diterapkeun sacara éksternal atanapi arus diinjeksikeun, sababaraha éléktron bakal transisi tina pita valénsi ka pita konduksi, ngabentuk pasangan éléktron-liang. Salila prosés pelepasan énergi, nalika pasangan éléktron-liang ieu dirangsang ku dunya luar, foton, nyaéta laser, bakal dihasilkeun.
2. Métode éksitasi laser semikonduktor
Aya tilu métode éksitasi pikeun laser semikonduktor, nyaéta tipe injeksi listrik, tipe pompa optik, sareng tipe éksitasi sinar éléktron énergi tinggi.
Laser semikonduktor anu diinjeksi sacara listrik: Sacara umum, éta mangrupikeun dioda sambungan permukaan semikonduktor anu didamel tina bahan sapertos gallium arsenide (GaAs), kadmium sulfida (CdS), indium fosfida (InP), sareng séng sulfida (ZnS). Éta dieksitasi ku cara nyuntikkeun arus sapanjang bias maju, ngahasilkeun émisi anu dirangsang di daérah bidang sambungan.
Laser semikonduktor anu dipompa sacara optik: Sacara umum, kristal tunggal semikonduktor tipe-N atanapi tipe-P (sapertos GaAS, InAs, InSb, jsb.) dianggo salaku zat kerja, sarenglaseranu dipancarkeun ku laser séjén dianggo salaku eksitasi anu dipompa sacara optik.
Laser semikonduktor anu dieksitasi ku sinar éléktron énergi luhur: Sacara umum, éta ogé nganggo kristal tunggal semikonduktor tipe-N atanapi tipe-P (sapertos PbS, CdS, ZhO, jsb.) salaku zat kerja sareng dieksitasi ku cara nyuntikkeun sinar éléktron énergi luhur ti luar. Di antara alat laser semikonduktor, anu gaduh kinerja anu langkung saé sareng aplikasi anu langkung lega nyaéta laser dioda GaAs anu diinjeksi sacara listrik kalayan heterostruktur ganda.
3. Jenis utama laser semikonduktor
Daérah Aktif laser semikonduktor nyaéta daérah inti pikeun generasi sareng amplifikasi foton, sareng ketebalanna ngan ukur sababaraha mikrométer. Struktur pandu gelombang internal dianggo pikeun ngawatesan difusi lateral foton sareng ningkatkeun kapadetan énergi (sapertos pandu gelombang bubungan sareng heterojunction anu dikubur). Laser ngadopsi desain heat sink sareng milih bahan konduktivitas termal anu luhur (sapertos paduan tambaga-tungsten) pikeun disipasi panas anu gancang, anu tiasa nyegah panyimpangan panjang gelombang anu disababkeun ku panas teuing. Numutkeun struktur sareng skénario aplikasi na, laser semikonduktor tiasa diklasifikasikeun kana opat kategori ieu:
Laser Pamancar Tepi (EEL)
Laser dikaluarkeun tina permukaan belahan di sisi chip, ngabentuk titik elips (kalayan sudut divergénsi sakitar 30°×10°). Panjang gelombang has kalebet 808nm (pikeun ngompa), 980 nm (pikeun komunikasi), sareng 1550 nm (pikeun komunikasi serat). Ieu seueur dianggo dina motong industri kakuatan tinggi, sumber pompa laser serat, sareng jaringan tulang tonggong komunikasi optik.
2. Laser Pamancar Permukaan Rongga Vertikal (VCSEL)
Laser dipancarkeun sacara tegak lurus kana permukaan chip, kalayan sinar sirkular sareng simetris (Sudut divergénsi <15°). Éta ngahijikeun reflektor Bragg anu disebarkeun (DBR), ngaleungitkeun kabutuhan reflektor éksternal. Éta seueur dianggo dina panginderaan 3D (sapertos pangakuan raray telepon sélulér), komunikasi optik jarak pondok (pusat data), sareng LiDAR.
3. Laser Kaskade Kuantum (QCL)
Dumasar kana transisi éléktron kaskade antara Sumur kuantum, panjang gelombang ngawengku rentang infrabeureum tengah dugi ka infrabeureum jauh (3-30 μm), tanpa kedah inversi populasi. Foton dihasilkeun ngalangkungan transisi antarsubband sareng umumna dianggo dina aplikasi sapertos sensing gas (sapertos deteksi CO₂), pencitraan terahertz, sareng pemantauan lingkungan.
Desain rongga éksternal laser anu tiasa diatur (grating/prisma/eunteung MEMS) tiasa ngahontal rentang tuning panjang gelombang ± 50 nm, kalayan lébar garis anu sempit (<100 kHz) sareng rasio panolakan modeu sisi anu luhur (>50 dB). Ieu umumna dianggo dina aplikasi sapertos komunikasi multiplexing divisi panjang gelombang padet (DWDM), analisis spéktral, sareng pencitraan biomédis. Laser semikonduktor seueur dianggo dina alat laser komunikasi, alat panyimpen laser digital, alat pamrosésan laser, alat panyirian sareng kemasan laser, typesetting sareng percetakan laser, alat médis laser, alat deteksi jarak sareng kolimasi laser, alat laser sareng alat pikeun hiburan sareng pendidikan, komponén sareng bagian laser, jsb. Éta kagolong kana komponén inti industri laser. Kusabab rupa-rupa aplikasi na, aya seueur merek sareng produsén laser. Nalika ngadamel pilihan, éta kedah dumasar kana kabutuhan khusus sareng widang aplikasi. Pabrikan anu béda-béda gaduh aplikasi anu béda-béda dina rupa-rupa widang, sareng pilihan produsén sareng laser kedah dilakukeun numutkeun widang aplikasi proyék anu saleresna.
Waktos posting: 05-Nop-2025