Mitä puolijohdelaserit ovat? (Osa Ⅰ)

Ensimmäisen keksimisestä lähtienPuolijohdelaseritmaailmassa vuonna 1962 puolijohdelaser on kokenut suuria muutoksia edistäen suuresti muun tieteen ja teknologian kehitystä, ja sitä pidetään yhtenä 1900-luvun tärkeistä keksinnöistä. Viime vuosikymmeninä puolijohdelaserin kehitys on ollut nopeampaa ja siitä on tullut maailman nopeimmin kehittyvä lasertekniikka. Puolijohdelaserien käyttö kattaa koko optoelektroniikan alan ja siitä on tullut optoelektroniikan tieteen ydinteknologia. Pienen koon, yksinkertaisen rakenteen, alhaisen syöttöenergian, pitkän käyttöiän, moduloinnin helppouden ja alhaisen hinnan etujen ansiosta puolijohdelaseria on käytetty laajalti optoelektroniikan alalla, ja maat ympäri maailmaa ovat arvostaneet sitä.

1. Puolijohdelaserit

Puolijohdelaser on eräänlainen miniatyrisoitu laser, joka koostuu suoran kaistavälin puolijohdemateriaalin Pn-liitoksesta tai nastasta. Puolijohdelaser-työaineita on kymmeniä erilaisia. Tällä hetkellä lasereiksi valmistetut puolijohdemateriaalit ovat galliumarsenidi, indiumarsenidi, indiumantimonidi, kadmiumsulfidi, kadmiumtelluridi, lyijyselenidi, lyijy-telluridi, alumiinigalliumarseeni, indiumfosforiarseeni ja niin edelleen. Puolijohdelaserilla on kolmenlaisia ​​viritysmuotoja, nimittäin sähköinen injektio, optinen pumppu ja korkeaenerginen elektronisuihkuherätys. Useimpien puolijohdelasereiden viritysmuoto on sähköinen injektio, eli eteenpäin suunnattu jännite syötetään Pn-liitokseen stimuloidun emission muodostamiseksi liitostason alueella, eli se on eteenpäin esijännitetty diodi. Siksi puolijohdelaseria kutsutaan myös puolijohdelaserdiodiksi. Puolijohteille, koska elektronit siirtyvät energiakaistojen välillä eikä erillisten energiatasojen välillä, siirtymäenergia ei ole varma arvo, mikä saa puolijohdelaserin lähtöaallonpituuden leviämään laajalle alueelle. Ne lähettävät aallonpituuksia välillä 0,3 - 34 μm. Aallonpituusalue riippuu käytetyn materiaalin kaistavälistä. Tavallisen AlGaAs-kaksoisheteroliitoslaserin lähtöaallonpituus on 750 ~ 890 nm.

Puolijohdelaserien tuotantotekniikka on kokenut diffuusiomenetelmästä nestefaasiepitaksiaan (LPE), kaasufaasiepitaksiaan (VPE), molekyylisuihkuepitaksiin (MBE), MOCVD-menetelmään (orgaaninen metallihöyrypinnoitus), kemialliseen sädeepitaksiin (CBE) ja niihin erilaisiin erilaisten prosessien yhdistelmä. Puolijohdelaserin haittana on, että lämpötila vaikuttaa laserin suorituskykyyn ja säteen hajaantumiskulma on suuri (yleensä useiden asteiden ja 20 asteen välillä), joten sen suuntaavuus, monokromaattinen ominaisuus ja koherenssi on huono. Mutta tieteen ja teknologian nopean kehityksen myötä dpss-laserien tutkimus etenee syvyyden suuntaan, ja puolijohdelaserin suorituskyky paranee jatkuvasti. Puolijohdeoptoelektroniikkateknologia, jonka ytimenä on puolijohdelaser, edistyy ja tulee olemaan suurempi rooli 2000-luvun tietoyhteiskunnassa.

2. Puolijohdelasereiden toimintaperiaate

Puolijohdelaser on koherentti säteilylähde. Kolmen perusedellytyksen on täytyttävä laserin tuottamiseksi.

①Vahvistusehto: varauksenkuljettajien inversiojakauma viritysväliaineessa (aktiivisella alueella) on määritetty. Puolijohteissa elektronien energiaa edustaa sarja lähes jatkuvia energiatasoja. Tämä saavutetaan kohdistamalla eteenpäin suuntaus homogeeniseen tai heteroliitokseen ja ruiskuttamalla tarvittavat varauksenkantajat aktiiviseen kerrokseen elektronien virittämiseksi alemmalta valenssikaistalta korkeammalle johtavuuskaistalle. Stimuloitu emissio tapahtuu, kun suuri määrä elektroneja käänteisessä hiukkaspopulaatiotilassa yhdistyy reikiin.

②Koherentin virittyneen säteilyn saamiseksi on tehtävä optisessa resonaattorissa viritetty säteily, jotta saadaan moninkertainen palaute ja muodostuu laservärähtely, laserin resonaattori muodostuu puolijohdekiteen luonnollisesta halkeamispinnasta peilinä, yleensä lopussa korkean käänteisen monikerroksisen dielektrisen kalvon kevyestä pinnoituksesta ja pelkistetyn käänteisen kalvon sileästä pintapinnoituksesta. Fp-ontelo (Fabry-Perot-ontelo) puolijohdelaserille FP-ontelo voidaan kätevästi rakentaa luonnollisella katkaisutasolla, joka on kohtisuorassa kiteen pn-liitostasoon nähden.

③ Vakaan värähtelyn muodostamiseksi laserväliaineen on kyettävä antamaan riittävä vahvistus korvaamaan resonanssiontelon ja ontelon pinnasta tulevan laserlähdön aiheuttama optinen häviö ja jatkuvasti lisättävä ontelon optista kenttää. Tämä vaatii riittävän voimakkaan virransyötön, eli riittävän hiukkasluvun inversion. Mitä korkeampi hiukkasluvun inversion aste on, sitä suurempi on vahvistus, eli tietty virrankynnysehto on täytettävä. Kun laser saavuttaa kynnyksen, tietyn aallonpituuden omaava valo voi resonoida ontelossa ja vahvistua, ja lopulta muodostaa laserin ja tuottaa jatkuvasti. Voidaan nähdä, että elektronin ja reiän dipolisiirtymä on puolijohdelaserien valon emission ja valon vahvistuksen perusprosessi. Uuden puolijohdelaserin osalta on yleisesti hyväksyttyä, että kvanttikuivo on laserien kehityksen perustavanlaatuinen liikkeellepaneva voima. Kysymys siitä, voivatko kvanttilangat ja -pisteet hyödyntää kvanttivaikutuksia täysimääräisesti, on ulottunut pitkälle tälle vuosisadalle. Tutkijat ovat kokeilleet itseorganisoituvia rakenteita kvanttipisteiden tekemiseksi erilaisiin materiaaleihin, ja GaInN-kvanttipisteitä on käytetty puolijohdelasereissa.

Siirto osaanⅡ ymmärtää sen historian ja sovelluksen

Yhteystiedot:

Jos sinulla on ideoita, ota rohkeasti yhteyttä. Riippumatta siitä, missä asiakkaamme ovat ja mitkä ovat vaatimuksemme, noudatamme tavoitettamme tarjota asiakkaillemme korkeaa laatua, edullisia hintoja ja parasta palvelua.