Il-prinċipju tax-xogħol u t-tipi ewlenin ta'lejżer semikonduttur
SemikondutturDijodi tal-lejżer, bl-effiċjenza għolja, il-minjaturizzazzjoni u d-diversità tat-tul tal-mewġ tagħhom, jintużaw ħafna bħala komponenti ewlenin tat-teknoloġija optoelettronika f'oqsma bħall-komunikazzjoni, il-kura medika u l-ipproċessar industrijali. Dan l-artikolu jintroduċi aktar il-prinċipju tax-xogħol u t-tipi ta' lejżers semikondutturi, li huwa konvenjenti għar-referenza tal-għażla tal-maġġoranza tar-riċerkaturi optoelettroniċi.
1. Il-prinċipju li jarmi d-dawl tal-lejżers semikondutturi
Il-prinċipju tal-luminexxenza tal-lejżers semikondutturi huwa bbażat fuq l-istruttura tal-medda, it-tranżizzjonijiet elettroniċi u l-emissjoni stimulata ta' materjali semikondutturi. Il-materjali semikondutturi huma tip ta' materjal b'bandgap, li jinkludi medda ta' valenza u medda ta' konduzzjoni. Meta l-materjal ikun fl-istat fundamentali, l-elettroni jimlew il-medda ta' valenza filwaqt li ma jkun hemm l-ebda elettron fil-medda ta' konduzzjoni. Meta ċertu kamp elettriku jiġi applikat esternament jew tiġi injettata kurrent, xi elettroni jagħmlu tranżizzjoni mill-medda ta' valenza għall-medda ta' konduzzjoni, u jiffurmaw pari ta' elettroni-toqob. Matul il-proċess tar-rilaxx tal-enerġija, meta dawn il-pari ta' elettroni-toqob jiġu stimulati mid-dinja ta' barra, jiġu ġġenerati fotoni, jiġifieri lejżers.
2. Metodi ta' eċċitazzjoni ta' lejżers semikondutturi
Hemm prinċipalment tliet metodi ta' eċċitazzjoni għal-lejżers semikondutturi, jiġifieri t-tip ta' injezzjoni elettrika, it-tip ta' pompa ottika u t-tip ta' eċċitazzjoni b'raġġ ta' elettroni ta' enerġija għolja.
Lejżers semikondutturi injettati bl-elettriku: Ġeneralment, huma dijodi semikondutturi tal-wiċċ tal-ġunzjoni magħmula minn materjali bħal arsenur tal-gallju (GaAs), sulfid tal-kadmju (CdS), fosfid tal-indju (InP), u sulfid taż-żingu (ZnS). Jiġu eċċitati billi jiġi injettat kurrent tul il-polarizzazzjoni 'l quddiem, u b'hekk jiġġeneraw emissjoni stimulata fir-reġjun tal-pjan tal-ġunzjoni.
Lejżers semikondutturi ppumpjati ottikament: Ġeneralment, kristalli singoli semikondutturi tat-tip N jew tat-tip P (bħal GaAS, InAs, InSb, eċċ.) jintużaw bħala s-sustanza tax-xogħol, u l-lejżeremess minn lejżers oħra jintuża bħala l-eċitazzjoni ppumpjata ottikament.
Lejżers semikondutturi eċċitati b'raġġ ta' elettroni ta' enerġija għolja: Ġeneralment, jużaw ukoll kristalli singoli semikondutturi tat-tip N jew tat-tip P (bħal PbS, CdS, ZhO, eċċ.) bħala s-sustanza tax-xogħol u jiġu eċċitati billi jiġi injettat raġġ ta' elettroni ta' enerġija għolja minn barra. Fost l-apparati tal-lejżer semikondutturi, dak b'prestazzjoni aħjar u applikazzjoni usa' huwa l-lejżer tad-dijodu GaAs injettat bl-elettriku b'eterostruttura doppja.
3. It-tipi ewlenin ta' lejżers semikondutturi
Ir-Reġjun Attiv ta' laser semikonduttur huwa ż-żona ċentrali għall-ġenerazzjoni u l-amplifikazzjoni tal-fotoni, u l-ħxuna tiegħu hija biss ftit mikrometri. Strutturi interni tal-gwida tal-mewġ jintużaw biex jirrestrinġu d-diffużjoni laterali tal-fotoni u jtejbu d-densità tal-enerġija (bħal gwidi tal-mewġ tar-riġlejn u eteroġunzjonijiet midfuna). Il-laser jadotta disinn ta' sink tas-sħana u jagħżel materjali b'konduttività termali għolja (bħal liga tar-ram-tungstenu) għal dissipazzjoni rapida tas-sħana, li tista' tipprevjeni d-drift tal-wavelength ikkawżat minn sħana żejda. Skont l-istruttura u x-xenarji tal-applikazzjoni tagħhom, il-lasers semikondutturi jistgħu jiġu kklassifikati fl-erba' kategoriji li ġejjin:
Laser li Jarmi t-Tarf (EEL)
Il-lejżer joħroġ mill-wiċċ tal-qsim fuq il-ġenb taċ-ċippa, u jifforma tikka ellittika (b'Angolu ta' diverġenza ta' madwar 30°×10°). Tul ta' mewġ tipiċi jinkludu 808nm (għall-ippumpjar), 980nm (għall-komunikazzjoni), u 1550nm (għall-komunikazzjoni tal-fibra). Jintuża ħafna fit-tqattigħ industrijali ta' qawwa għolja, sorsi ta' ippumpjar bil-lejżer tal-fibra, u netwerks ta' komunikazzjoni ottika.
2. Laser li Jarmi l-Wiċċ minn Kavità Vertikali (VCSEL)
Il-lejżer jiġi emess perpendikolarment mal-wiċċ taċ-ċippa, b'raġġ ċirkolari u simmetriku (Angolu ta' diverġenza <15°). Jintegra riflettur Bragg distribwit (DBR), u b'hekk jelimina l-ħtieġa għal riflettur estern. Jintuża ħafna fis-sensing 3D (bħar-rikonoxximent tal-wiċċ tat-telefowns ċellulari), komunikazzjoni ottika fuq medda qasira (ċentri tad-dejta), u LiDAR.
3. Laser Kaskata Kwantika (QCL)
Ibbażat fuq it-tranżizzjoni kaskata tal-elettroni bejn il-Wells kwantistiċi, it-tul tal-mewġa jkopri l-medda minn nofs sa 'l bogħod mill-infra-aħmar (3-30 μm), mingħajr il-ħtieġa għal inverżjoni tal-popolazzjoni. Il-fotoni huma ġġenerati permezz ta' tranżizzjonijiet intersubband u huma komunement użati f'applikazzjonijiet bħas-sensing tal-gass (bħad-detezzjoni tas-CO₂), l-immaġini tat-terahertz, u l-monitoraġġ ambjentali.
Id-disinn tal-kavità esterna tal-lejżer sintonizzabbli (gradilja/priżma/mera MEMS) jista' jikseb firxa ta' sintonizzazzjoni tat-tul ta' mewġ ta' ±50 nm, b'wisa' tal-linja dejqa (<100 kHz) u proporzjon għoli ta' rifjut tal-modalità tal-ġenb (>50 dB). Huwa komunement użat f'applikazzjonijiet bħal komunikazzjoni b'multiplexing tad-diviżjoni tat-tul ta' mewġ dens (DWDM), analiżi spettrali, u immaġini bijomedika. Lejżers semikondutturi jintużaw ħafna f'apparati tal-lejżer tal-komunikazzjoni, apparati diġitali tal-ħażna tal-lejżer, tagħmir tal-ipproċessar tal-lejżer, tagħmir tal-immarkar u l-ippakkjar bil-lejżer, tipografija u stampar bil-lejżer, tagħmir mediku bil-lejżer, strumenti ta' skoperta tad-distanza u l-kollimazzjoni bil-lejżer, strumenti u tagħmir bil-lejżer għad-divertiment u l-edukazzjoni, komponenti u partijiet tal-lejżer, eċċ. Huma jappartjenu għall-komponenti ewlenin tal-industrija tal-lejżer. Minħabba l-firxa wiesgħa ta' applikazzjonijiet tagħha, hemm bosta marki u manifatturi ta' lejżers. Meta tagħmel għażla, għandha tkun ibbażata fuq ħtiġijiet speċifiċi u oqsma ta' applikazzjoni. Manifatturi differenti għandhom applikazzjonijiet differenti f'diversi oqsma, u l-għażla tal-manifatturi u l-lejżers għandha ssir skont l-qasam tal-applikazzjoni attwali tal-proġett.
Ħin tal-posta: 05 ta' Novembru 2025