S brzim napretkom optoelektronske tehnologije, poluprovodnički laseri su se široko koristili u raznim oblastima kao što su telekomunikacije, medicina, industrijska obrada i LiDAR, zahvaljujući svojoj visokoj efikasnosti, kompaktnoj veličini i jednostavnosti modulacije. U srži ove tehnologije leži medij za pojačanje, koji igra apsolutno vitalnu ulogu. On služi kao"izvor energije"što omogućava stimuliranu emisiju i generiranje lasera, određujući laser'performanse, talasna dužina i potencijal primjene.
1. Šta je medij za povećanje dobitka?
Kao što i samo ime govori, medij za pojačanje je materijal koji omogućava optičko pojačanje. Kada se pobudi vanjskim izvorima energije (kao što su električno ubrizgavanje ili optičko pumpanje), on pojačava upadnu svjetlost mehanizmom stimulisane emisije, što dovodi do laserskog izlaza.
Kod poluprovodničkih lasera, medij za pojačanje se obično sastoji od aktivnog područja na PN spoju, čiji sastav materijala, struktura i metode dopiranja direktno utiču na ključne parametre poput praga struje, talasne dužine emisije, efikasnosti i termičkih karakteristika.
2. Uobičajeni materijali za pojačanje u poluprovodničkim laserima
III-V spojni poluprovodnici su najčešće korišteni materijali za pojačanje. Tipični primjeri uključuju:
1GaAs (galijum arsenid)
Pogodno za lasere koji emituju u 850–Raspon od 980 nm, široko se koristi u optičkim komunikacijama i laserskom štampanju.
2InP (indijum fosfid)
Koristi se za emisiju u opsezima od 1,3 µm i 1,55 µm, što je ključno za komunikaciju putem optičkih vlakana.
3InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Njihovi sastavi se mogu podesiti kako bi se postigle različite talasne dužine, što čini osnovu za dizajn lasera sa podesivim talasnim dužinama.
Ovi materijali obično imaju direktne strukture zabranjene zone, što ih čini vrlo efikasnim u rekombinaciji elektrona i rupa s emisijom fotona, idealnim za upotrebu u mediju za pojačanje poluprovodničkih lasera.
3. Evolucija struktura pojačanja
Kako su se tehnologije izrade razvijale, strukture pojačanja u poluprovodničkim laserima su evoluirale od ranih homospojeva do heterospojeva, pa dalje do naprednih konfiguracija kvantnih jama i kvantnih tačaka.
1Heterospojni medij za pojačanje
Kombiniranjem poluprovodničkih materijala s različitim energetskim procjepima, nosioci naboja i fotoni mogu biti efikasno ograničeni u određenim regijama, povećavajući efikasnost pojačanja i smanjujući prag struje.
2Strukture kvantnih jama
Smanjenjem debljine aktivnog područja na nanometarsku skalu, elektroni su ograničeni u dvije dimenzije, što značajno povećava efikasnost radijacijske rekombinacije. To rezultira laserima s nižim pragovima struja i boljom termičkom stabilnošću.
3Strukture kvantnih tačaka
Korištenjem tehnika samosklapanja formiraju se nulto-dimenzionalne nanostrukture, koje pružaju oštre raspodjele energetskih nivoa. Ove strukture nude poboljšane karakteristike pojačanja i stabilnost talasne dužine, što ih čini istraživačkom žarišnom tačkom za visokoperformansne poluprovodničke lasere sljedeće generacije.
4. Šta određuje medij pojačanja?
1Talasna dužina emisije
Zabranjena zona materijala određuje laser's talasne dužine. Na primjer, InGaAs je pogodan za lasere bliskog infracrvenog zračenja, dok se InGaN koristi za plave ili ljubičaste lasere.
2Efikasnost i snaga
Mobilnost nosioca naboja i brzine neradijativne rekombinacije utiču na efikasnost optičke u električnu konverziju.
3Termalne performanse
Različiti materijali reaguju na promjene temperature na različite načine, što utiče na pouzdanost lasera u industrijskim i vojnim okruženjima.
4Modulacijski odziv
Pojačavajući medij utiče na laser'brzina odziva, što je ključno u aplikacijama za brzu komunikaciju.
5. Zaključak
U složenoj strukturi poluprovodničkih lasera, pojačavajući medij je zaista njihovo "srce".—ne samo da je odgovoran za generiranje lasera, već i za utjecaj na njegov vijek trajanja, stabilnost i scenarije primjene. Od odabira materijala do strukturnog dizajna, od makroskopskih performansi do mikroskopskih mehanizama, svaki napredak u mediju za pojačanje usmjerava lasersku tehnologiju ka većim performansama, širim primjenama i dubljem istraživanju.
S kontinuiranim napretkom u nauci o materijalima i tehnologiji nanofabrikacije, očekuje se da će budući mediji za pojačanje donijeti veći sjaj, širi pokrivač valnih dužina i pametnija laserska rješenja.—otključavanje više mogućnosti za nauku, industriju i društvo.
Vrijeme objave: 17. jul 2025.