Princip rada i glavne vrstepoluvodički laser
PoluvodičLaserske diode, sa svojom visokom učinkovitošću, miniaturizacijom i raznolikošću valnih duljina, široko se koriste kao ključne komponente optoelektroničke tehnologije u područjima kao što su komunikacija, medicinska skrb i industrijska obrada. Ovaj članak dalje predstavlja princip rada i vrste poluvodičkih lasera, što je pogodno za odabir većine optoelektroničkih istraživača.
1. Princip emitiranja svjetlosti poluvodičkih lasera
Princip luminiscencije poluvodičkih lasera temelji se na strukturi pojasa, elektronskim prijelazima i stimuliranoj emisiji poluvodičkih materijala. Poluvodički materijali su vrsta materijala s energetskim procjepom, koji uključuje valentni pojas i vodljivi pojas. Kada je materijal u osnovnom stanju, elektroni popunjavaju valentni pojas dok u vodljivom pojasu nema elektrona. Kada se određeno električno polje primijeni izvana ili se ubrizga struja, neki elektroni će prijeći iz valentnog pojasa u vodljivi pojas, formirajući elektron-šupljinske parove. Tijekom procesa oslobađanja energije, kada su ti elektron-šupljinski parovi stimulirani vanjskim svijetom, generirat će se fotoni, odnosno laseri.
2. Metode pobuđivanja poluvodičkih lasera
Postoje uglavnom tri metode pobude za poluvodičke lasere, i to tip električne injekcije, tip optičke pumpe i tip pobude visokoenergetskim elektronskim snopom.
Električno injektirani poluvodički laseri: Općenito, to su poluvodičke diode s površinskim spojem izrađene od materijala kao što su galijev arsenid (GaAs), kadmijev sulfid (CdS), indijev fosfid (InP) i cinkov sulfid (ZnS). Pobuđuju se ubrizgavanjem struje duž direktne polarizacije, generirajući stimuliranu emisiju u području ravnine spoja.
Optički pumpani poluvodički laseri: Općenito se kao radna tvar koriste poluvodički monokristali N-tipa ili P-tipa (kao što su GaAS, InAs, InSb itd.).laserZraka koju emitiraju drugi laseri koristi se kao optički pumpana pobuda.
Poluvodički laseri pobuđeni visokoenergetskim elektronskim snopom: Općenito, oni također koriste monokristale poluvodiča N-tipa ili P-tipa (kao što su PbS, CdS, ZhO itd.) kao radnu tvar i pobuđuju se ubrizgavanjem visokoenergetskog elektronskog snopa izvana. Među poluvodičkim laserskim uređajima, onaj s boljim performansama i širom primjenom je električno ubrizgani GaAs diodni laser s dvostrukom heterostrukturom.
3. Glavne vrste poluvodičkih lasera
Aktivno područje poluvodičkog lasera je središnje područje za generiranje i pojačavanje fotona, a njegova debljina je samo nekoliko mikrometara. Unutarnje strukture valovoda koriste se za ograničavanje lateralne difuzije fotona i povećanje gustoće energije (poput grebenastih valovoda i ukopanih heterospojeva). Laser usvaja dizajn hladnjaka i odabire materijale visoke toplinske vodljivosti (poput legure bakra i volframa) za brzo odvođenje topline, što može spriječiti pomicanje valne duljine uzrokovano pregrijavanjem. Prema svojoj strukturi i scenarijima primjene, poluvodički laseri mogu se klasificirati u sljedeće četiri kategorije:
Rubni laser (EEL)
Laser se emitira s površine cijepanja na strani čipa, formirajući eliptičnu točku (s kutom divergencije od približno 30° × 10°). Tipične valne duljine uključuju 808 nm (za pumpanje), 980 nm (za komunikaciju) i 1550 nm (za optičku komunikaciju). Široko se koristi u industrijskom rezanju velike snage, izvorima laserskog pumpanja vlaknima i optičkim komunikacijskim glavnim mrežama.
2. Laser s vertikalnom šupljinom i površinskim emitiranjem (VCSEL)
Laser se emitira okomito na površinu čipa, s kružnim i simetričnim snopom (kut divergencije <15°). Integrira distribuirani Bragg-ov reflektor (DBR), eliminirajući potrebu za vanjskim reflektorom. Široko se koristi u 3D senzorima (kao što je prepoznavanje lica na mobilnim telefonima), optičkoj komunikaciji kratkog dometa (centri podataka) i LiDAR-u.
3. Kvantni kaskadni laser (QCL)
Na temelju kaskadnog prijelaza elektrona između kvantnih jama, valna duljina pokriva srednji do daleki infracrveni raspon (3-30 μm), bez potrebe za inverzijom naseljenosti. Fotoni se generiraju kroz međupojasne prijelaze i često se koriste u primjenama kao što su detekcija plinova (kao što je detekcija CO₂), terahercno snimanje i praćenje okoliša.
Dizajn vanjske šupljine podesivog lasera (rešetka/prizma/MEMS zrcalo) može postići raspon podešavanja valne duljine od ±50 nm, s uskom širinom linije (<100 kHz) i visokim omjerom odbacivanja bočnih modova (>50 dB). Obično se koristi u primjenama kao što su komunikacija s gustim multipleksiranjem valnih duljina (DWDM), spektralna analiza i biomedicinsko snimanje. Poluvodički laseri se široko koriste u komunikacijskim laserskim uređajima, digitalnim laserskim uređajima za pohranu, opremi za lasersku obradu, opremi za lasersko označavanje i pakiranje, laserskom slaganju i tisku, laserskoj medicinskoj opremi, instrumentima za lasersko otkrivanje udaljenosti i kolimacije, laserskim instrumentima i opremi za zabavu i obrazovanje, laserskim komponentama i dijelovima itd. Oni pripadaju ključnim komponentama laserske industrije. Zbog širokog raspona primjena, postoje brojne marke i proizvođači lasera. Prilikom odabira, treba se temeljiti na specifičnim potrebama i područjima primjene. Različiti proizvođači imaju različite primjene u različitim područjima, a odabir proizvođača i lasera treba napraviti prema stvarnom području primjene projekta.
Vrijeme objave: 05.11.2025.