Vinnureglan og helstu gerðirhálfleiðara leysir
HálfleiðariLaserdíóður, með mikilli skilvirkni, smækkun og bylgjulengdarbreytni, eru mikið notaðar sem kjarnaþættir í ljósfræðilegri tækni á sviðum eins og samskiptum, læknisfræði og iðnaðarvinnslu. Þessi grein kynnir nánar virkni og gerðir hálfleiðaralasera, sem er þægilegt fyrir valviðmið fyrir meirihluta ljósfræðilegra rannsakenda.
1. Ljósgeislunarreglan í hálfleiðaralaserum
Ljósleiðnireglan í hálfleiðaraleysi byggist á bandbyggingu, rafeindabreytingum og örvuðum útgeislun hálfleiðaraefna. Hálfleiðaraefni eru tegund efnis með bandbili, sem inniheldur gildisband og leiðniband. Þegar efnið er í grunnástandi fylla rafeindir gildisbandið en engar rafeindir eru í leiðnibandinu. Þegar ákveðið rafsvið er beitt utan frá eða straumur er sprautaður inn, munu sumar rafeindir færast úr gildisbandinu yfir í leiðnibandið og mynda rafeinda-holupör. Við orkulosun, þegar þessi rafeinda-holupör eru örvuð af umheiminum, myndast ljóseindir, þ.e. leysir.
2. Örvunaraðferðir hálfleiðaralasera
Það eru aðallega þrjár örvunaraðferðir fyrir hálfleiðara leysira, þ.e. rafmagnsinnspýtingartegund, ljósdælutegund og orkurík rafeindageislaörvunartegund.
Rafdreifðir hálfleiðaralasarar: Almennt eru þetta hálfleiðara yfirborðstengingardíóður úr efnum eins og gallíumarseníði (GaAs), kadmíumsúlfíði (CdS), indíumfosfíði (InP) og sinksúlfíði (ZnS). Þeir eru örvaðir með því að sprauta straumi meðfram framspennunni, sem myndar örvaða útgeislun í tengifleti svæðisins.
Ljósdælaðir hálfleiðaralasar: Almennt eru einkristallar af hálfleiðurum af gerð N eða P (eins og GaAS, InAs, InSb o.s.frv.) notaðir sem vinnsluefnið ogleysirGefið frá öðrum leysigeislum er notað sem ljósfræðilega dælt örvun.
Hálfleiðaralaserar örvaðir með orkuríkum rafeindageisla: Almennt nota þeir einnig N-gerð eða P-gerð hálfleiðara einkristalla (eins og PbS, CdS, ZhO, o.s.frv.) sem vinnsluefni og eru örvaðir með því að sprauta orkuríkum rafeindageisla inn að utan. Meðal hálfleiðaralasera er rafsprautaður GaAs díóðulaser með tvöfaldri heteróbyggingu með betri afköst og víðtækari notkun.
3. Helstu gerðir hálfleiðaralasera
Virka svæðið í hálfleiðaralaser er kjarninn í myndun og mögnun ljóseinda og þykkt þess er aðeins nokkrir míkrómetrar. Innri bylgjuleiðarabyggingar eru notaðar til að takmarka lárétta dreifingu ljóseinda og auka orkuþéttleika (eins og hryggbylgjuleiðarar og grafnir tengipunktar). Laserinn notar hitasvelgishönnun og velur efni með mikla varmaleiðni (eins og kopar-wolfram málmblöndu) fyrir hraða varmadreifingu, sem getur komið í veg fyrir bylgjulengdarrek af völdum ofhitnunar. Samkvæmt uppbyggingu þeirra og notkunarsviðum má flokka hálfleiðaralasera í eftirfarandi fjóra flokka:
Kantgeislandi leysir (EEL)
Leysirinn sendir frá klofningsfletinum á hlið flísarinnar og myndar sporöskjulaga blett (með frávikshorni sem er um það bil 30° × 10°). Dæmigerðar bylgjulengdir eru 808 nm (fyrir dælingu), 980 nm (fyrir samskipti) og 1550 nm (fyrir ljósleiðarasamskipti). Hann er mikið notaður í öflugri iðnaðarskurði, ljósleiðaralaserdælingum og sjónrænum samskiptakerfum.
2. Lóðrétt holrýmisflötsgeislunarlaser (VCSEL)
Leysigeislinn er geislaður hornrétt á yfirborð örgjörvans, með hringlaga og samhverfum geisla (frávikshorn <15°). Hann innbyggður í dreifðan Bragg-endurskinsbúnað (DBR), sem útilokar þörfina fyrir utanaðkomandi endurskinsbúnað. Hann er mikið notaður í þrívíddarskynjun (eins og andlitsgreiningu í farsímum), skammdrægum sjónrænum samskiptum (gagnaverum) og LiDAR.
3. Skammtaleiðsla með kaskaða (QCL)
Byggt á kaskáðaflutningi rafeinda milli skammtabrunna, nær bylgjulengdin yfir mið- til fjær-innrautt svið (3-30 μm), án þess að þörf sé á að snúa við þýði. Ljóseindir myndast með millibandaflutningum og eru almennt notaðar í forritum eins og gasskynjun (eins og CO₂ greiningu), terahertz myndgreiningu og umhverfisvöktun.
Ytra holrými stillanlegs leysis (rist/prisma/MEMS spegill) getur náð bylgjulengdarstillingarsviði upp á ±50 nm, með þröngri línubreidd (<100 kHz) og háu hliðarhams höfnunarhlutfalli (>50 dB). Það er almennt notað í forritum eins og þéttri bylgjulengdarskiptingu (DWDM) samskiptum, litrófsgreiningu og lífeðlisfræðilegri myndgreiningu. Hálfleiðara leysir eru mikið notaðir í samskiptaleysirtækjum, stafrænum leysigeymslum, leysivinnslubúnaði, leysimerkingar- og pökkunarbúnaði, leysiseti og prentun, leysilækningatækjum, leysifjarlægðar- og samstillingargreiningartækjum, leysirtækjum og búnaði fyrir skemmtun og menntun, leysiríhlutum og hlutum o.s.frv. Þeir tilheyra kjarnaþáttum leysigeirans. Vegna fjölbreytts notkunarsviðs eru fjölmörg vörumerki og framleiðendur leysira. Þegar valið er ætti að byggjast á sérstökum þörfum og notkunarsviðum. Mismunandi framleiðendur hafa mismunandi notkunarsvið á ýmsum sviðum og val á framleiðendum og leysirum ætti að vera gert í samræmi við raunverulegt notkunarsvið verkefnisins.
Birtingartími: 5. nóvember 2025