Эш принцибы һәм төп төрләреярымүткәргеч лазер
ЯрымүткәргечЛазер диодларыюгары нәтиҗәлелеге, миниатюризациясе һәм дулкын озынлыгы төрлелеге белән, алар элемтә, медицина ярдәме һәм сәнәгать эшкәртү кебек өлкәләрдә оптоэлектрон технологиянең төп компонентлары буларак киң кулланыла. Бу мәкаләдә ярымүткәргеч лазерларның эш принцибы һәм төрләре белән таныштырыла, бу күпчелек оптоэлектрон тикшеренүчеләр өчен сайлау белешмәлеге буларак уңайлы.
1. Ярымүткәргеч лазерларның яктылык чыгару принцибы
Ярымүткәргеч лазерларның люминесценция принцибы ярымүткәргеч материалларның зона структурасына, электрон күчешләренә һәм стимуллаштырылган нурланышына нигезләнгән. Ярымүткәргеч материаллар - валент зонасын һәм үткәрү зонасын үз эченә алган зона аралыгы булган материал төре. Материал төп хәлдә булганда, электроннар валент зонасын тутыра, ә үткәрү зонасында электроннар булмый. Тышкы яктан билгеле бер электр кыры кулланылганда яки ток кертелгәндә, кайбер электроннар валент зонасыннан үткәрү зонасына күчә, электрон-тишек парлары барлыкка килә. Энергия бүленеп чыгу процессында, бу электрон-тишек парлары тышкы дөнья тарафыннан стимуллаштырылганда, фотоннар, ягъни лазерлар барлыкка киләчәк.
2. Ярымүткәргеч лазерларның кузгату ысуллары
Ярымүткәргеч лазерлар өчен, нигездә, өч кузгату ысулы бар: электр инъекциясе тибы, оптик насос тибы һәм югары энергияле электрон нуры кузгату тибы.
Электр белән инъекцияләнгән ярымүткәргеч лазерлар: Гадәттә, алар - галлий арсениды (GaAs), кадмий сульфиды (CdS), индий фосфиды (InP) һәм цинк сульфиды (ZnS) кебек материаллардан ясалган ярымүткәргеч өслек тоташу диодлары. Алар туры юнәлеш буенча ток кертү белән кузгатыла, тоташу яссылыгы өлкәсендә стимуллаштырылган нурланыш барлыкка китерә.
Оптик рәвештә насосланган ярымүткәргеч лазерлар: Гадәттә, эшче матдә буларак N-тип яки P-тип ярымүткәргеч монокристаллар (мәсәлән, GaAS, InAs, InSb һ.б.) кулланыла, һәмлазербашка лазерлар тарафыннан чыгарылган нур оптик рәвештә насосланган кузгату буларак кулланыла.
Югары энергияле электрон нуры белән кузгатыла торган ярымүткәргеч лазерлар: Гадәттә, алар шулай ук эшче матдә буларак N-тип яки P-типлы ярымүткәргеч монокристаллларны (мәсәлән, PbS, CdS, ZhO һ.б.) кулланалар һәм тыштан югары энергияле электрон нурын кертү юлы белән кузгатылалар. Ярымүткәргеч лазер җайланмалары арасында яхшырак җитештерүчәнлеккә һәм киңрәк кулланылышка ия булганы - икеләтә гетероструктуралы электр белән кертелгән GaAs диод лазеры.
3. Ярымүткәргеч лазерларның төп төрләре
Ярымүткәргеч лазерның актив өлкәсе фотоннар генерациясе һәм көчәйтү өчен үзәк өлкә булып тора, һәм аның калынлыгы нибары берничә микрометр гына. Эчке дулкынүткәргеч структуралары фотоннарның янга таралуын чикләү һәм энергия тыгызлыгын арттыру өчен кулланыла (мәсәлән, кыр дулкынүткәргечләре һәм күмелгән гетероузышлар). Лазер җылылык йоту җайланмасы конструкциясен куллана һәм җылылыкны тиз тарату өчен югары җылылык үткәрүчәнлек материалларын (мәсәлән, бакыр-вольфрам эретмәсе) сайлый, бу артык кызу аркасында килеп чыккан дулкын озынлыгы дрейфын булдырмаска ярдәм итә. Аларның структурасы һәм куллану сценарийлары буенча, ярымүткәргеч лазерларны түбәндәге дүрт категориягә бүлеп була:
Кырый нурландыргыч лазер (EEL)
Лазер чипның ян ягындагы ярылу өслегеннән чыгарыла, эллиптик нокта барлыкка китерә (якынча 30°×10° дивергенция почмагы белән). Гадәти дулкын озынлыкларына 808 нм (насослау өчен), 980 нм (элемтә өчен) һәм 1550 нм (җепселле элемтә өчен) керә. Ул югары куәтле сәнәгать кисүләрендә, җепселле лазер насослау чыганакларында һәм оптик элемтә магистраль челтәрләрендә киң кулланыла.
2. Вертикаль куышлык өслеге нурландыручы лазер (VCSEL)
Лазер чип өслегенә перпендикуляр рәвештә, түгәрәк һәм симметрик нур белән чыгарыла (дивергенция почмагы <15°). Ул таратылган Bragg рефлекторын (DBR) берләштерә, тышкы рефлекторга ихтыяҗны бетерә. Ул 3D сизүдә (мәсәлән, мобиль телефон йөзен тану), кыска диапазонлы оптик элемтәдә (мәгълүмат үзәкләре) һәм LiDARда киң кулланыла.
3. Квант каскад лазеры (QCL)
Квант уңгылары арасында электроннарның каскадлы күчүенә нигезләнеп, дулкын озынлыгы уртадан еракка инфракызыл диапазонны (3-30 мкм) үз эченә ала, популяция инверсиясенә мохтаҗлык булмыйча. Фотоннар субдиапазоннар арасындагы күчүләр аша барлыкка килә һәм гадәттә газны сизү (мәсәлән, CO₂ детекцияләү), терагерцлы сурәтләү һәм әйләнә-тирә мохитне күзәтү кебек кушымталарда кулланыла.
Көйләнерлек лазерның тышкы куышлык дизайны (рәшәткә/призм/MEMS көзгесе) ±50 нм дулкын озынлыгын көйләү диапазонына ирешә ала, тар сызык киңлеге (<100 кГц) һәм югары ян-режим кире кагу коэффициенты (>50 дБ). Ул гадәттә тыгыз дулкын озынлыгын бүлү мультиплекславы (DWDM) элемтәсе, спектраль анализ һәм биомедицина сурәтләү кебек кушымталарда кулланыла. Ярымүткәргеч лазерлар элемтә лазер җайланмаларында, санлы лазер саклау җайланмаларында, лазер эшкәртү җиһазларында, лазер маркалау һәм төрү җиһазларында, лазер җыю һәм бастыруда, лазер медицина җиһазларында, лазер дистанциясен һәм коллимациясен ачыклау коралларында, күңел ачу һәм белем бирү өчен лазер коралларында һәм җиһазларында, лазер компонентларында һәм детальләрендә һ.б. киң кулланыла. Алар лазер сәнәгатенең төп компонентларына карый. Куллану мөмкинлекләре киң булганлыктан, лазерларның күпсанлы брендлары һәм җитештерүчеләре бар. Сайлау ясаганда, ул конкрет ихтыяҗларга һәм куллану өлкәләренә нигезләнергә тиеш. Төрле җитештерүчеләрнең төрле өлкәләрдә төрле кушымталары бар, һәм җитештерүчеләрне һәм лазерларны сайлау проектның чын куллану өлкәсенә карап башкарылырга тиеш.
Бастырып чыгару вакыты: 2025 елның 5 ноябре