Ce este un laser cu semiconductor?（Partea Ⅰ）

De la inventarea primuluiLasere cu semiconductorîn lume, în 1962, laserul semiconductor a suferit mari schimbări, promovând în mare măsură dezvoltarea altor științe și tehnologii și este considerat una dintre invențiile importante ale secolului al XX-lea. În ultimele decenii, dezvoltarea laserului semiconductor este mai rapidă și a devenit tehnologia laser cu cea mai rapidă dezvoltare din lume. Aplicarea laserelor semiconductoare acoperă întregul domeniu al optoelectronicii și a devenit tehnologia de bază a științei optoelectronice. Datorită avantajelor dimensiunilor mici, structurii simple, energiei de intrare scăzute, duratei lungi de viață, ușurinței de modulare și prețului scăzut, laserul cu semiconductor a fost utilizat pe scară largă în domeniul optoelectronică și a fost foarte apreciat de țările din întreaga lume.

1. Laserele semiconductoare

Laserul semiconductor este un fel de laser miniaturizat care este compus dintr-o joncțiune Pn sau Pin din material semiconductor direct band gap. Există zeci de tipuri de substanțe care lucrează cu laserul semiconductor. În prezent, materialele semiconductoare care au fost transformate în lasere sunt arseniură de galiu, arseniură de indiu, antimoniură de indiu, sulfură de cadmiu, telurura de cadmiu, seleniura de plumb, telurura de plumb, arseniu de aluminiu galiu, arsenul de indiu fosfor și așa mai departe. Există trei tipuri de moduri de excitare ale unui laser semiconductor, și anume, injecție electrică, pompă optică și excitare a fasciculului de electroni de înaltă energie. Modul de excitare al majorității laserelor semiconductoare este injecția electrică, adică tensiunea directă este aplicată joncțiunii Pn pentru a genera emisie stimulată în regiunea planului de joncțiune, adică este o diodă polarizată direct. Prin urmare, laserul semiconductor este numit și diodă laser semiconductor. Pentru semiconductori, deoarece electronii tranzitează mai degrabă între benzile de energie decât între niveluri de energie discrete, energia de tranziție nu este o valoare definită, ceea ce face ca lungimea de undă de ieșire a laserului semiconductor să se răspândească pe o gamă largă. Ei emit lungimi de undă cuprinse între 0.3 și 34μm. Intervalul de lungimi de undă depinde de banda interzisă a materialului utilizat. Laserul cu heterojoncție dublă AlGaAs comun are o lungime de undă de ieșire de 750 ~ 890 nm.

Tehnologia de producție a laserelor semiconductoare a experimentat de la metoda de difuzie la epitaxie în fază lichidă (LPE), epitaxie în fază gazoasă (VPE), epitaxie cu fascicul molecular (MBE), metoda MOCVD (depunere în vapori de metal organic), epitaxie cu fascicul chimic (CBE) și diversele lor. combinație a mai multor procese. Dezavantajul laserului cu semiconductor este că performanța laserului este afectată de temperatură, iar unghiul de divergență al fasciculului este mare (în general între câteva grade și 20 de grade), deci este slab în directivitate, proprietate monocromatică și coerență. Dar, odată cu dezvoltarea rapidă a științei și tehnologiei, cercetarea laserelor dpss avansează în direcția adâncimii, iar performanța laserului semiconductor se îmbunătățește constant. Tehnologia optoelectronică a semiconductoarelor cu laserul semiconductor ca nucleu va face progrese mai mari și va juca un rol mai important în societatea informațională a secolului 21.

2. Principiul de funcționare al laserelor semiconductoare

Laserul semiconductor este o sursă de radiație coerentă. Trei condiții de bază trebuie îndeplinite pentru a genera un laser.

①Condiția de câștig: se stabilește distribuția inversă a purtătorilor de sarcină în mediul de excitație (regiunea activă). În semiconductori, energia electronilor este reprezentată de o serie de niveluri de energie aproape continue. Acest lucru se realizează prin aplicarea unei polarizări directe către omogenă sau heterojuncție și injectarea purtătorilor de sarcină necesari în stratul activ pentru a excita electronii din banda de valență inferioară la banda de conducție superioară. Emisia stimulată apare atunci când un număr mare de electroni în starea inversă a populației de particule se recombină cu găuri.

②pentru a obține efectiv radiație excitată coerentă, trebuie să faceți radiația excitată în rezonatorul optic pentru a obține feedback multiplu și pentru a forma oscilații laser, rezonatorul laserului este format din suprafața naturală de clivaj a cristalului semiconductor ca o oglindă, de obicei în final de placare cu lumină pe filmul dielectric multistrat invers înalt și placarea cu suprafață netedă pe filmul invers redus. Pentru laserul semiconductor cu cavitatea Fp (cavitatea Fabry-Perot), cavitatea FP poate fi construită convenabil prin planul natural de clivaj perpendicular pe planul de joncțiune pn al cristalului.

③Pentru a forma o oscilație stabilă, mediul laser trebuie să fie capabil să ofere un câștig suficient pentru a compensa pierderea optică cauzată de cavitatea rezonantă și de ieșirea laser de la suprafața cavității și să crească constant câmpul optic din cavitate. Acest lucru necesită o injecție de curent suficient de puternică, adică suficientă inversare a numărului de particule. Cu cât este mai mare gradul de inversare a numărului de particule, cu atât câștigul este mai mare, adică trebuie îndeplinită o anumită condiție de prag de curent. Când laserul atinge pragul, lumina cu o anumită lungime de undă poate rezona în cavitate și poate fi amplificată, iar în final să formeze un laser și să iasă continuu. Se poate observa că tranziția dipol a electronului și a găurii este procesul de bază al emisiei de lumină și amplificarii luminii în laserele semiconductoare. Pentru noul laser semiconductor, este în general acceptat că puțul cuantic este forța motrice fundamentală pentru dezvoltarea laserelor. Întrebarea dacă firele și punctele cuantice pot profita din plin de efectele cuantice s-a extins până în acest secol. Oamenii de știință au experimentat cu structuri de auto-organizare pentru a face puncte cuantice din diferite materiale, iar punctele cuantice GaInN au fost folosite în laserele cu semiconductor.

Transferul în partea Ⅱ înțelege istoria și aplicarea acestuia

Informații de contact:

Dacă aveți idei, nu ezitați să discutați cu noi. Indiferent unde sunt clienții noștri și care sunt cerințele noastre, ne vom urmări obiectivul de a oferi clienților noștri calitate înaltă, prețuri mici și cele mai bune servicii.