Mi az a félvezető lézer? (Ⅰ rész)

Az első feltalálása ótaFélvezető lézerek1962-ben a világban a félvezető lézer nagy változásokon ment keresztül, nagymértékben elősegítve más tudományok és technológiák fejlődését, és a 20. század egyik fontos találmányaként tartják számon. Az elmúlt évtizedekben a félvezető lézerek fejlődése felgyorsult, és a világ leggyorsabban fejlődő lézertechnológiájává vált. A félvezető lézerek alkalmazása lefedi az optoelektronika teljes területét, és az optoelektronika tudományának alaptechnológiájává vált. A kis méret, az egyszerű szerkezet, az alacsony bemeneti energia, a hosszú élettartam, a könnyű modulálhatóság és az alacsony ár előnyei miatt a félvezető lézert széles körben használják az optoelektronika területén, és a világ országaiban nagyra értékelik.

1. Félvezető lézerek

A félvezető lézer egyfajta miniatürizált lézer, amely közvetlen sávszélességű félvezető anyagból álló Pn átmenetből vagy Pinből áll. Több tucat féle félvezető lézeres munkaanyag létezik. Jelenleg a lézerek előállításához használt félvezető anyagok a gallium-arzenid, indium-arzenid, indium-antimonid, kadmium-szulfid, kadmium-tellurid, ólom-szelenid, ólom-tellurid, alumínium-gallium-arzén, indium-foszfor-arzén és így tovább. A félvezető lézernek háromféle gerjesztési módja van, nevezetesen az elektromos befecskendezés, az optikai szivattyú és a nagy energiájú elektronsugaras gerjesztés. A legtöbb félvezető lézer gerjesztési módja az elektromos befecskendezés, vagyis a Pn átmenetre előremenő feszültséget adnak, hogy a csomóponti sík tartományában stimulált emissziót generáljanak, vagyis ez egy előre előfeszített dióda. Ezért a félvezető lézert félvezető lézerdiódának is nevezik. A félvezetők esetében, mivel az elektronok energiasávok között, nem pedig diszkrét energiaszintek között mennek át, az átmeneti energia nem egy határozott érték, ami miatt a félvezető lézer kimenő hullámhossza széles tartományban terjed. 0,3 és 34 μm közötti hullámhosszúságot bocsátanak ki. A hullámhossz-tartomány a felhasznált anyag sávszélességétől függ. A hagyományos AlGaAs kettős heterojunkciós lézer kimeneti hullámhossza 750 ~ 890 nm.

A félvezető lézerek gyártási technológiája a diffúziós módszertől a folyadékfázisú epitaxiáig (LPE), gázfázisú epitaxiáig (VPE), molekulasugaras epitaxiáig (MBE), MOCVD-módszerig (szerves fémgőz leválasztás), kémiai nyaláb epitaxiáig (CBE) és ezek különféle változataiig tapasztalt tapasztalatokat. különféle folyamatok kombinációja. A félvezető lézer hátránya, hogy a lézer teljesítményét befolyásolja a hőmérséklet, és a sugár divergencia szöge nagy (általában több fok és 20 fok között van), ezért gyenge irányíthatósága, monokromatikus tulajdonsága és koherenciája. De a tudomány és a technológia rohamos fejlődésével a dpss lézerek kutatása a mélység irányába halad, a félvezető lézerek teljesítménye pedig folyamatosan javul. A félvezető lézeres maggal rendelkező félvezető optoelektronikai technológia nagyobb fejlődést fog elérni, és nagyobb szerepet fog játszani a 21. század információs társadalmában.

2. A félvezető lézerek működési elve

A félvezető lézer koherens sugárforrás. A lézer előállításához három alapvető feltételnek kell teljesülnie.

①Erősítési feltétel: létrejön a töltéshordozók inverziós eloszlása ​​a gerjesztő közegben (aktív tartományban). A félvezetőkben az elektronok energiáját közel folyamatos energiaszintek sorozata képviseli. Ezt úgy érik el, hogy a homogén vagy heterojunkcióra előre torzítást alkalmaznak, és a szükséges töltéshordozókat injektálják az aktív rétegbe, hogy az elektronokat az alacsonyabb vegyértéksávból a magasabb vezetési sávba gerjesztik. Stimulált emisszió akkor következik be, amikor nagyszámú elektron a fordított részecskepopuláció állapotában rekombinálódik lyukakkal.

②A koherens gerjesztett sugárzás tényleges eléréséhez a gerjesztett sugárzást az optikai rezonátorban többszörös visszacsatoláshoz és lézeroszcillációhoz kell készíteni, a lézer rezonátorát a félvezető kristály természetes hasítási felülete képezi tükörként, általában a végén a fénybevonat a magas inverz többrétegű dielektromos fólián, és a sima felületi bevonat a redukált inverz filmen. Az Fp üreges (Fabry-Perot üreg) félvezető lézer esetében az FP üreg kényelmesen kialakítható a kristály pn csatlakozási síkjára merőleges természetes hasítási síkkal.

③ A stabil oszcilláció kialakításához a lézerközegnek elegendő erősítést kell biztosítania a rezonáns üreg és az üreg felületéről érkező lézerkimenet által okozott optikai veszteség pótlására, és folyamatosan növelnie kell az üregben lévő optikai mezőt. Ehhez kellően erős áraminjektálás, vagyis kellő részecskeszám-inverzió szükséges. Minél nagyobb a részecskeszám-inverzió mértéke, annál nagyobb az erősítés, vagyis egy bizonyos áramküszöb-feltételnek teljesülnie kell. Amikor a lézer eléri a küszöböt, egy meghatározott hullámhosszú fény rezonálhat az üregben és felerősödhet, végül pedig lézert alkothat és folyamatosan bocsáthat ki. Látható, hogy az elektron és a lyuk dipólusátmenete a fénykibocsátás és fényerősítés alapvető folyamata a félvezető lézerekben. Az új félvezető lézer esetében általánosan elfogadott, hogy a kvantumkút a lézerek fejlesztésének alapvető hajtóereje. Az a kérdés, hogy a kvantumhuzalok és pontok teljes mértékben ki tudják-e használni a kvantumeffektusokat, jóval e századra terjedt ki. A tudósok önszerveződő struktúrákkal kísérleteztek kvantumpontok létrehozására különböző anyagokban, a GaInN kvantumpontokat pedig félvezető lézerekben használták.

A Ⅱ részre való átvitel megérti annak történetét és alkalmazását

Elérhetőség:

Ha bármilyen ötlete van, forduljon hozzánk bizalommal. Függetlenül attól, hogy hol tartózkodnak ügyfeleink és milyen követelményeket támasztanak, követjük azt a célunkat, hogy ügyfeleinknek magas minőséget, alacsony árakat és a legjobb szolgáltatást nyújtsuk.