Принцип рада и главне врстеполупроводнички ласер
ПолупроводникЛасерске диоде, са својом високом ефикасношћу, минијатуризацијом и разноликошћу таласних дужина, широко се користе као основне компоненте оптоелектронске технологије у областима као што су комуникација, медицинска нега и индустријска обрада. Овај чланак даље представља принцип рада и типове полупроводничких ласера, што је погодно за избор већине истраживача оптоелектронике.
1. Принцип емитовања светлости полупроводничких ласера
Принцип луминесценције полупроводничких ласера заснива се на структури зона, електронским прелазима и стимулисаној емисији полупроводничких материјала. Полупроводнички материјали су врста материјала са забрањеном зоном, која укључује валентну зону и проводну зону. Када је материјал у основном стању, електрони попуњавају валентну зону док у проводној зони нема електрона. Када се споља примени одређено електрично поље или се убризга струја, неки електрони ће прећи из валентне зоне у проводну зону, формирајући електрон-шупљинске парове. Током процеса ослобађања енергије, када се ови електрон-шупљински парови стимулишу спољашњим светом, генерисаће се фотони, односно ласери.
2. Методе побуђивања полупроводничких ласера
Постоје углавном три методе побуђивања за полупроводничке ласере, наиме тип електричне ињекције, тип оптичке пумпе и тип побуђивања високоенергетским електронским снопом.
Електрично убризгани полупроводнички ласери: Генерално, то су полупроводничке диоде са површинским спојем направљене од материјала као што су галијум арсенид (GaAs), кадмијум сулфид (CdS), индијум фосфид (InP) и цинк сулфид (ZnS). Они се побуђују убризгавањем струје дуж директне поларности, генеришући стимулисану емисију у области равни споја.
Оптички пумпани полупроводнички ласери: Генерално, као радна супстанца се користе полупроводнички монокристали N-типа или P-типа (као што су GaAS, InAs, InSb итд.), аласеремитовани од стране других ласера се користи као оптички пумпана побуда.
Полупроводнички ласери побуђени електронским снопом високе енергије: Генерално, они такође користе полупроводничке монокристале N-типа или P-типа (као што су PbS, CdS, ZhO, итд.) као радну супстанцу и побуђују се убризгавањем електронског снопа високе енергије споља. Међу полупроводничким ласерским уређајима, онај са бољим перформансама и широм применом је електрично убризгани GaAs диодни ласер са двоструком хетероструктуром.
3. Главне врсте полупроводничких ласера
Активна област полупроводничког ласера је централно подручје за генерисање и појачавање фотона, а њена дебљина је само неколико микрометара. Унутрашње структуре таласовода се користе за ограничавање латералне дифузије фотона и повећање густине енергије (као што су гребенасти таласоводи и закопане хетероспојнице). Ласер усваја дизајн хладњака и бира материјале високе топлотне проводљивости (као што је легура бакра и волфрама) за брзо одвођење топлоте, што може спречити померање таласне дужине изазвано прегревањем. Према њиховој структури и сценаријима примене, полупроводнички ласери се могу класификовати у следеће четири категорије:
Ласер са ивичном емитовањем (EEL)
Ласер се емитује са површине цепања на страни чипа, формирајући елиптичну тачку (са углом дивергенције од приближно 30°×10°). Типичне таласне дужине укључују 808 nm (за пумпање), 980 nm (за комуникацију) и 1550 nm (за оптичку комуникацију). Широко се користи у индустријском сечењу велике снаге, изворима пумпања влакнастим ласером и оптичким комуникационим мрежама.
2. Вертикални шупљинасти површински емитујући ласер (VCSEL)
Ласер се емитује нормално на површину чипа, са кружним и симетричним снопом (угао дивергенције <15°). Интегрише дистрибуирани Брегов рефлектор (DBR), елиминишући потребу за спољним рефлектором. Широко се користи у 3Д сензорима (као што је препознавање лица мобилним телефонима), оптичкој комуникацији кратког домета (центри података) и LiDAR-у.
3. Квантни каскадни ласер (ККЛ)
На основу каскадног прелаза електрона између квантних бунара, таласна дужина покрива средњи до далеки инфрацрвени опсег (3-30 μm), без потребе за инверзијом насељености. Фотони се генеришу кроз међуподпојасне прелазе и често се користе у применама као што су сензори гаса (као што је детекција CO₂), терахерцно снимање и праћење животне средине.
Дизајн спољашњег резонатора подесивог ласера (решетка/призма/MEMS огледало) може постићи опсег подешавања таласне дужине од ±50 nm, са уском ширином линије (<100 kHz) и високим односом одбијања бочних модова (>50 dB). Обично се користи у применама као што су комуникација са густим мултиплексирањем таласних дужина (DWDM), спектрална анализа и биомедицинско снимање. Полупроводнички ласери се широко користе у комуникационим ласерским уређајима, дигиталним ласерским уређајима за складиштење, опреми за ласерску обраду, опреми за ласерско обележавање и паковање, ласерском слагању и штампању, ласерској медицинској опреми, инструментима за ласерску детекцију даљине и колимације, ласерским инструментима и опреми за забаву и образовање, ласерским компонентама и деловима итд. Они припадају основним компонентама ласерске индустрије. Због широког спектра примене, постоје бројни брендови и произвођачи ласера. Приликом избора, требало би да се заснива на специфичним потребама и областима примене. Различити произвођачи имају различите примене у различитим областима, а избор произвођача и ласера треба да се врши у складу са стварном облашћу примене пројекта.
Време објаве: 05.11.2025.