Оптоэлектрондық технологияның қарқынды дамуымен жартылай өткізгіш лазерлер жоғары тиімділігі, ықшам өлшемдері және модуляцияның қарапайымдылығы арқасында телекоммуникация, медицина, өнеркәсіптік өңдеу және LiDAR сияқты әртүрлі салаларда кеңінен қолданыла бастады. Бұл технологияның негізінде өте маңызды рөл атқаратын күшейту ортасы жатыр. Ол ретінде қызмет етеді«энергия көзі»лазерді анықтай отырып, ынталандырылған сәуле шығаруға және лазер генерациясына мүмкіндік береді'өнімділігі, толқын ұзындығы және қолдану потенциалы.
1. Пайда ортасы дегеніміз не?
Атауынан көрініп тұрғандай, күшейту ортасы оптикалық күшейтуді қамтамасыз ететін материал болып табылады. Сыртқы энергия көздерімен (мысалы, электрлік инъекция немесе оптикалық сорғы) қоздырылған кезде, ол лазердің шығуына әкелетін ынталандырылған сәуле шығару механизмі арқылы түсетін жарықты күшейтеді.
Жартылай өткізгішті лазерлерде күшейту ортасы әдетте PN түйісуіндегі белсенді аймақтан тұрады, оның материал құрамы, құрылымы және қоспалау әдістері шекті ток, сәуле шығару толқын ұзындығы, тиімділік және жылу сипаттамалары сияқты негізгі параметрлерге тікелей әсер етеді.
2. Жартылай өткізгішті лазерлердегі жалпы пайдалық материалдар
III-V қосылыс жартылай өткізгіштер жиі қолданылатын күшейткіш материалдар болып табылады. Типтік мысалдарға мыналар жатады:
①GaAs (галий арсениді)
850-де сәуле шығаратын лазерлер үшін қолайлы–980 нм диапазон, оптикалық байланыс пен лазерлік басып шығаруда кеңінен қолданылады.
②InP (индий фосфиді)
1,3 мкм және 1,55 мкм жолақтарда сәуле шығару үшін пайдаланылады, талшықты-оптикалық байланыс үшін өте маңызды.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Олардың композициялары әртүрлі толқын ұзындығына қол жеткізу үшін реттелуі мүмкін, бұл реттелетін толқын ұзындығы лазерлік конструкциялар үшін негіз болады.
Бұл материалдар әдетте тікелей диапазонды құрылымдармен ерекшеленеді, бұл оларды фотонды эмиссиямен электронды саңылауларды рекомбинациялауда жоғары тиімді етеді, жартылай өткізгіш лазерлік күшейткіш ортада қолдануға өте ыңғайлы.
3. Пайда құрылымдарының эволюциясы
Өндіріс технологиялары ілгерілеген сайын жартылай өткізгіш лазерлердегі күшейту құрылымдары ерте гомо-қосылулардан гетеройысуларға, одан әрі жетілдірілген кванттық ұңғыма мен кванттық нүкте конфигурацияларына дейін дамыды.
①Гетеройысудың күшею ортасы
Жартылай өткізгіш материалдарды әртүрлі жолақтармен біріктіру арқылы тасымалдаушылар мен фотондарды белгіленген аймақтарда тиімді шектеуге болады, бұл кіріс тиімділігін арттырады және шекті токты азайтады.
②Кванттық ұңғымалардың құрылымдары
Белсенді аймақтың қалыңдығын нанометрлік шкалаға дейін азайту арқылы электрондар екі өлшемде шектеліп, радиациялық рекомбинацияның тиімділігін айтарлықтай арттырады. Бұл төменгі шекті токтары бар және жақсы термиялық тұрақтылыққа ие лазерлерге әкеледі.
③Кванттық нүкте құрылымдары
Өзін-өзі құрастыру әдістерін қолдана отырып, энергия деңгейінің күрт таралуын қамтамасыз ететін нөлдік өлшемді наноқұрылымдар қалыптасады. Бұл құрылымдар күшейтілген күшейту сипаттамалары мен толқын ұзындығының тұрақтылығын ұсынады, бұл оларды келесі ұрпақтың жоғары өнімді жартылай өткізгіш лазерлері үшін зерттеу нүктесіне айналдырады.
4. Пайда ортасы нені анықтайды?
①Эмиссия толқын ұзындығы
Материалдың диапазоны лазерді анықтайды's толқын ұзындығы. Мысалы, InGaAs жақын инфрақызыл лазерлер үшін қолайлы, ал InGaN көк немесе күлгін лазерлер үшін қолданылады.
②Тиімділік және қуат
Тасымалдаушы қозғалғыштығы және радиациялық емес рекомбинация жылдамдығы оптикалық-электрлік түрлендіру тиімділігіне әсер етеді.
③Жылу өнімділігі
Әртүрлі материалдар температураның өзгеруіне әртүрлі жолдармен жауап береді, өнеркәсіптік және әскери ортада лазердің сенімділігіне әсер етеді.
④Модуляция реакциясы
Күту ортасы лазерге әсер етеді's жауап беру жылдамдығы, бұл жоғары жылдамдықты байланыс қолданбаларында маңызды.
5. Қорытынды
Жартылай өткізгіш лазерлердің күрделі құрылымында күшейту ортасы шын мәнінде оның «жүрегі» болып табылады.—лазерді жасау үшін ғана емес, сонымен қатар оның қызмет ету мерзіміне, тұрақтылығына және қолдану сценарийлеріне әсер етуге жауапты. Материалды таңдаудан құрылымдық дизайнға дейін, макроскопиялық өнімділіктен микроскопиялық механизмдерге дейін күшейту ортасындағы әрбір серпіліс лазерлік технологияны жоғары өнімділікке, кеңірек қолдануларға және тереңірек зерттеуге бағыттайды.
Материалтану және нано-өндіріс технологиясындағы үздіксіз жетістіктермен болашақ табыс ортасы жоғары жарықтықты, кең толқын ұзындығын қамтуды және ақылды лазерлік шешімдерді әкеледі деп күтілуде.—ғылым, өндіріс және қоғам үшін көбірек мүмкіндіктерді ашу.
Хабарлама уақыты: 17 шілде 2025 ж