Шта је полупроводнички ласер?

Од проналаска првог полупроводничког ласера ​​на свету 1962. године, полупроводнички ласер је претрпео огромне промене, у великој мери промовишући развој друге науке и технологије, и сматра се једним од највећих људских проналазака у двадесетом веку. У последњих десет година, полупроводнички ласери су се брже развијали и постали најбрже растућа ласерска технологија на свету. Опсег примене полупроводничких ласера ​​покрива читаво поље оптоелектронике и постао је основна технологија данашње науке о оптоелектроници. Због предности мале величине, једноставне структуре, ниске улазне енергије, дугог века трајања, лаке модулације и ниске цене, полупроводнички ласери се широко користе у области оптоелектронике и високо су цењени у земљама широм света.

полупроводнички ласер
A полупроводнички ласерје минијатуризовани ласер који као радну супстанцу користи Пн спој или Пин спој састављен од полупроводничког материјала са директним размаком. Постоје десетине полупроводничких ласерских радних материјала. Полупроводнички материјали који су направљени у ласере укључују галијум арсенид, индијум арсенид, индијум антимонид, кадмијум сулфид, кадмијум телурид, олово селенид, олово телурид, алуминијум галијум арсенид, индијум фосфор, арсен, итд. Постоје три главне методе ексцитације. ласери, односно тип електричног убризгавања, тип оптичке пумпе и тип побуде високоенергетског електронског снопа. Метода побуде већине полупроводничких ласера ​​је електрично убризгавање, то јест, напон напред се примењује на Пн спој да би се створила стимулисана емисија у области раван споја, то јест, преднапредна диода. Због тога се полупроводнички ласери називају и полупроводничке ласерске диоде. За полупроводнике, пошто електрони прелазе између енергетских опсега, а не дискретних енергетских нивоа, енергија прелаза није дефинитивна вредност, због чега се излазна таласна дужина полупроводничких ласера ​​шири у широком опсегу. на домету. Таласне дужине које емитују су између 0,3 и 34 И¼м. Опсег таласне дужине је одређен енергетским размаком у опсегу коришћеног материјала. Најчешћи је АлГаАс ласер са двоструким хетеро спојем, који има излазну таласну дужину од 750-890 нм.
Технологија производње полупроводничких ласера ​​је искусила од методе дифузије до епитаксије течне фазе (ЛПЕ), епитаксије у парној фази (ВПЕ), епитаксије молекуларног снопа (МБЕ), МОЦВД методе (таложење паре металних органских једињења), епитаксије хемијског снопа (ЦБЕ) и разне њихове комбинације. Највећи недостатак полупроводничких ласера ​​је то што на перформансе ласера ​​у великој мери утиче температура, а угао дивергенције снопа је велики (обично између неколико степени и 20 степени), тако да је слаб у усмерености, монохроматичности и кохерентности. Међутим, брзим развојем науке и технологије, истраживање полупроводничких ласера ​​напредује у правцу дубине, а перформансе полупроводничких ласера ​​се стално побољшавају. Полупроводничка оптоелектронска технологија са полупроводничким ласером као језгром ће остварити већи напредак и играти већу улогу у информационом друштву 21. века.

Како функционишу полупроводнички ласери?
A полупроводнички ласерје кохерентни извор зрачења. Да би генерисао ласерско светло, морају бити испуњена три основна услова:
1. Услов појачања: Успостављена је инверзиона дистрибуција носилаца у медијуму ласера ​​(активни регион). У полупроводнику, енергетски појас који представља енергију електрона састоји се од низа енергетских нивоа који су близу континуираног. Дакле, у полупроводнику Да би се постигла инверзија популације, број електрона на дну проводног појаса високоенергетског стања мора бити много већи од броја рупа на врху валентног појаса нискоенергетског стање између два региона енергетског појаса. Хетероспој је нагнут напред да би се убризгали неопходни носачи у активни слој да би се побуђивали електрони из валентног појаса са нижом енергијом у проводни појас са вишом енергијом. Стимулисана емисија настаје када се велики број електрона у стању инверзије популације рекомбинује са рупама.
2. Да би се заиста добило кохерентно стимулисано зрачење, стимулисано зрачење се мора враћати више пута у оптички резонатор да би се формирала ласерска осцилација. Ласерски резонатор се формира од природне површине цепања полупроводничког кристала као огледала, обично у Крај који не емитује светлост обложен је вишеслојним диелектричним филмом високе рефлексије, а површина која емитује светлост је обложена анти- рефлексијски филм. За полупроводнички ласер са Ф-п шупљином (Фабри-Перот цавити), Ф-п шупљина се може лако формирати коришћењем природне равни цепања кристала која је окомита на раван п-н споја.
3. Да би се формирала стабилна осцилација, ласерски медијум мора бити у стању да обезбеди довољно велико појачање да компензује оптички губитак изазван резонатором и губитак изазван ласерским излазом са површине шупљине, итд., и непрекидно повећати оптичко поље у шупљини. Ово захтева довољно јаку струјну ињекцију, то јест, постоји довољно инверзије популације, што је већи степен инверзије популације, то је већи добитак који се добија, односно мора бити испуњен одређени струјни праг. Када ласер достигне праг, светлост са одређеном таласном дужином може резонирати у шупљини и бити појачана, и коначно формирати ласер и континуирано емитовати. Види се да је код полупроводничких ласера ​​диполни прелаз електрона и рупа основни процес емисије светлости и појачања светлости. За нове полупроводничке ласере, тренутно је познато да су квантне бушотине основна покретачка снага за развој полупроводничких ласера. Да ли квантне жице и квантне тачке могу у потпуности да искористе предности квантних ефеката проширено је до овог века. Научници су покушали да користе самоорганизоване структуре за прављење квантних тачака у различитим материјалима, а ГаИнН квантне тачке су коришћене у полупроводничким ласерима.

Историја развоја полупроводничких ласера
Тхеполупроводнички ласерираних 1960-их били су ласери са хомојункционим спојем, који су били диоде са пн спојем направљеним од једног материјала. Под убризгавањем велике струје напред, електрони се континуирано убризгавају у п регион, а рупе се континуирано убризгавају у н регион. Према томе, инверзија расподеле носиоца се реализује у оригиналној области исцрпљивања пн споја. Пошто је брзина миграције електрона већа од брзине рупа, зрачење и рекомбинација се дешавају у активном региону и емитује се флуоресценција. ласерски, полупроводнички ласер који може да ради само у импулсима. Друга фаза развоја полупроводничких ласера ​​је хетероструктурни полупроводнички ласер, који се састоји од два танка слоја полупроводничких материјала са различитим размацима у појасу, као што су ГаАс и ГаАлАс, а први пут се појавио једноструки хетероструктурни ласер (1969). Ласер за ињекцију са једном хетеројункцијом (СХЛД) налази се унутар п региона ГаАсП-Н споја како би се смањила гранична густина струје, која је за ред величине нижа од оне код ласера ​​са хомојункцијом, али ласер са једном хетеројунцијом и даље не може континуирано радити на собна температура.
Од касних 1970-их, полупроводнички ласери су се очигледно развили у два правца, један је ласер заснован на информацијама у сврху преношења информација, а други је ласер заснован на снази у сврху повећања оптичке снаге. Покренути апликацијама као што су пумпани ласери у чврстом стању, полупроводнички ласери велике снаге (континуирана излазна снага већа од 100мв и излазна снага импулса већа од 5В могу се назвати полупроводничким ласерима велике снаге).
Деведесетих година прошлог века направљен је искорак који је обележен значајним повећањем излазне снаге полупроводничких ласера, комерцијализацијом полупроводничких ласера ​​велике снаге на киловатском нивоу у иностранству и излазом домаћих узоркованих уређаја који су достигли 600В. Из перспективе проширења ласерског опсега, први инфрацрвени полупроводнички ласери, а затим црвени полупроводнички ласери од 670нм, били су широко коришћени. Затим, са појавом таласних дужина од 650 нм и 635 нм, полупроводнички ласери плаво-зелене и плаве светлости су такође успешно развијени један за другим. Развијају се и љубичасти, па чак и ултраљубичасти полупроводнички ласери од 10мВ. Ласери који емитују површину и ласери који емитују површину вертикалне шупљине су се брзо развили касних 1990-их, а разматране су различите примене у суперпаралелној оптоелектроници. 980нм, 850нм и 780нм уређаји су већ практични у оптичким системима. Тренутно се ласери који емитују површину вертикалне шупљине користе у мрежама велике брзине Гигабит Етхернета.

Примене полупроводничких ласера
Полупроводнички ласери су класа ласера ​​који раније сазревају и брже напредују. Због свог широког опсега таласних дужина, једноставне производње, ниске цене и лаке масовне производње, као и због своје мале величине, мале тежине и дугог века, брзо се развијају у различитим и применама. Широк спектар, тренутно више од 300 врста.

1. Примена у индустрији и технологији
1) Комуникација оптичким влакнима.Полупроводнички ласерје једини практичан извор светлости за оптички комуникациони систем, а комуникација оптичким влакнима је постала главни ток савремене комуникационе технологије.
2) Приступ диску. Полупроводнички ласери су коришћени у меморији оптичког диска, а његова највећа предност је што чува велику количину звучних, текстуалних и сликовних информација. Употреба плавих и зелених ласера ​​може значајно побољшати густину складиштења оптичких дискова.
3) Спектрална анализа. Далеко инфрацрвени подесиви полупроводнички ласери су коришћени у анализи гасова околине, праћењу загађења ваздуха, аутомобилских издувних гасова, итд. Може се користити у индустрији за праћење процеса таложења паре.
4) Оптичка обрада информација. Полупроводнички ласери су коришћени у оптичким информационим системима. Дводимензионални низови полупроводничких ласера ​​који емитују површину идеални су извори светлости за оптичке системе паралелне обраде, који ће се користити у рачунарима и оптичким неуронским мрежама.
5) Ласерска микрофабрикација. Уз помоћ високоенергетских ултра-кратких светлосних импулса које генеришу К-свитцхед полупроводнички ласери, интегрисана кола се могу сећи, пробијати, итд.
6) Ласерски аларм. Полупроводнички ласерски аларми се широко користе, укључујући аларме против провале, аларме нивоа воде, аларме удаљености возила итд.
7) Ласерски штампачи. Полупроводнички ласери велике снаге су коришћени у ласерским штампачима. Коришћење плавих и зелених ласера ​​може знатно побољшати брзину и резолуцију штампања.
8) Ласерски скенер бар кодова. Полупроводнички ласерски бар код скенери су се широко користили у продаји робе и управљању књигама и архивама.
9) Пумпа полупроводни ласери. Ово је важна примена полупроводничких ласера ​​велике снаге. Коришћењем за замену оригиналне атмосферске лампе може се формирати ласерски систем у потпуности.
10) Ласерски ТВ високе дефиниције. У блиској будућности, процењује се да ће полупроводнички ласерски телевизори без катодних цеви, који користе црвене, плаве и зелене ласере, трошити 20 одсто мање енергије од постојећих телевизора.

2. Примене у медицинским и научним истраживањима о животу
1) Ласерска хирургија.Полупроводнички ласерикоришћени су за аблацију меког ткива, везивање ткива, коагулацију и вапоризацију. Ова техника се широко користи у општој хирургији, пластичној хирургији, дерматологији, урологији, акушерству и гинекологији итд.
2) Ласерска динамичка терапија. Фотосензитивне супстанце које имају афинитет за тумор се селективно акумулирају у ткиву рака, а ткиво рака се зрачи полупроводничким ласером како би се створиле реактивне врсте кисеоника, са циљем да се учини некротизираним без оштећења здравог ткива.
3) Истраживање науке о животу. Користећи "оптичку пинцету" одполупроводнички ласери, могуће је ухватити живе ћелије или хромозоме и померити их у било коју позицију. Коришћен је за промовисање ћелијске синтезе и студија интеракције ћелија, а може се користити и као дијагностичка технологија за прикупљање форензичких доказа.