Какво представляват полупроводниковите лазери? (Част Ⅰ)

От изобретяването на първияПолупроводникови лазерив света през 1962 г. полупроводниковият лазер е претърпял големи промени, значително насърчавайки развитието на други науки и технологии, и се счита за едно от важните изобретения на 20-ти век. През последните десетилетия развитието на полупроводниковия лазер е по-бързо и се превърна в най-бързо развиващата се лазерна технология в света. Прилагането на полупроводникови лазери обхваща цялата област на оптоелектрониката и се превърна в основната технология на науката за оптоелектрониката. Поради предимствата на малък размер, проста структура, ниска входяща енергия, дълъг живот, лекота на модулиране и ниска цена, полупроводниковият лазер е широко използван в областта на оптоелектрониката и е високо ценен от страни по света.

1. Полупроводникови лазери

Полупроводниковият лазер е вид миниатюризиран лазер, който се състои от Pn преход или щифт от полупроводников материал с директна забранена лента. Има десетки видове полупроводникови лазерни вещества. Понастоящем полупроводниковите материали, които са направени в лазери, са галиев арсенид, индиев арсенид, индиев антимонид, кадмиев сулфид, кадмиев телурид, оловен селенид, оловен телурид, алуминиев галиев арсен, индиев фосфорен арсен и т.н. Има три вида режими на възбуждане на полупроводников лазер, а именно електрическо инжектиране, оптична помпа и възбуждане с високоенергиен електронен лъч. Режимът на възбуждане на повечето полупроводникови лазери е електрическа инжекция, т.е. към Pn прехода се прилага напрежение в посока напред, за да се генерира стимулирано излъчване в областта на равнината на прехода, т.е. това е диод с предубедено направление. Следователно полупроводниковият лазер се нарича още полупроводников лазерен диод. За полупроводниците, тъй като електроните преминават между енергийни ленти, а не между дискретни енергийни нива, енергията на прехода не е определена стойност, което прави изходната дължина на вълната на полупроводниковия лазер разпространена в широк диапазон. Те излъчват дължини на вълните, вариращи от 0.3 до 34 μm. Диапазонът на дължината на вълната зависи от ширината на забранената лента на използвания материал. Обичайният AlGaAs двоен хетеропреходен лазер има изходна дължина на вълната от 750 ~ 890 nm.

Технологията за производство на полупроводникови лазери е преминала от метода на дифузия до епитаксия в течна фаза (LPE), епитаксия в газова фаза (VPE), епитаксия с молекулярни лъчи (MBE), метода MOCVD (отлагане на органични метални пари), епитаксия с химичен лъч (CBE) и техните различни комбинация от различни процеси. Недостатъкът на полупроводниковия лазер е, че работата на лазера се влияе от температурата и ъгълът на отклонение на лъча е голям (обикновено между няколко градуса и 20 градуса), така че той е с лоша насоченост, монохроматични свойства и кохерентност. Но с бързото развитие на науката и технологиите, изследванията на dpss лазерите напредват в посока на дълбочина, а производителността на полупроводниковия лазер непрекъснато се подобрява. Технологията на полупроводниковата оптоелектроника с полупроводников лазер като ядро ​​ще постигне по-голям напредък и ще играе по-голяма роля в информационното общество на 21 век.

2. Принцип на работа на полупроводниковите лазери

Полупроводниковият лазер е източник на кохерентно лъчение. Трябва да бъдат изпълнени три основни условия, за да се генерира лазер.

①Условие за усилване: установява се инверсионното разпределение на носителите на заряд в средата на възбуждане (активна област). В полупроводниците енергията на електроните е представена от поредица от почти непрекъснати енергийни нива. Това се постига чрез прилагане на отклонение напред към хомогенния или хетеропреход и инжектиране на необходимите носители на заряд в активния слой за възбуждане на електрони от долната валентна лента към по-високата проводяща лента. Стимулираното излъчване възниква, когато голям брой електрони в състояние на обърната популация на частици се рекомбинират с дупки.

②за действително получаване на кохерентно възбудено лъчение, трябва да се направи възбуденото лъчение в оптичния резонатор, за да се получи многократна обратна връзка и да се образува лазерно трептене, резонаторът на лазера се формира от естествената повърхност на разцепване на полупроводниковия кристал като огледало, обикновено в края на светлинното покритие върху високо инверсния многослоен диелектричен филм и гладкото повърхностно покритие върху намаления инверсен филм. За полупроводниковия лазер с кухина Fp (кухина на Фабри-Перо), FP кухината може удобно да се конструира чрез естествената равнина на разцепване, перпендикулярна на равнината на pn преход на кристала.

③За да се формира стабилно трептене, лазерната среда трябва да може да осигури достатъчно усилване, за да компенсира оптичната загуба, причинена от резонансната кухина и лазерния изход от повърхността на кухината, и постоянно да увеличава оптичното поле в кухината. Това изисква инжектиране на достатъчно силен ток, тоест достатъчно инверсия на броя на частиците. Колкото по-висока е степента на инверсия на броя на частиците, толкова по-голямо е усилването, тоест трябва да бъде изпълнено определено прагово условие за ток. Когато лазерът достигне прага, светлина с определена дължина на вълната може да резонира в кухината и да се усили и накрая да образува лазер и да излъчва непрекъснато. Може да се види, че диполният преход на електрон и дупка е основният процес на излъчване на светлина и усилване на светлината в полупроводниковите лазери. За новия полупроводников лазер е общоприето, че квантовата яма е основната движеща сила за разработването на лазери. Въпросът дали квантовите проводници и точки могат да се възползват напълно от квантовите ефекти се разпростира и през този век. Учените са експериментирали със самоорганизиращи се структури, за да направят квантови точки в различни материали, а GaInN квантовите точки са използвани в полупроводникови лазери.

Прехвърляне към част Ⅱ разбира неговата история и приложение

Информация за връзка:

Ако имате някакви идеи, не се колебайте да говорите с нас. Без значение къде са нашите клиенти и какви са нашите изисквания, ние ще следваме нашата цел да предоставим на нашите клиенти високо качество, ниски цени и най-доброто обслужване.