Оптоэлектрондық технологияның қарқынды дамуымен жартылай өткізгіш лазерлер жоғары тиімділігі, ықшам өлшемі және модуляцияның қарапайымдылығының 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 сәулеленуді және лазердің пайда болуын қамтамасыз етеді'өнімділігі, толқын ұзындығы және қолдану әлеуеті.
1. Күшейту ортасы дегеніміз не?
Атауынан көрініп тұрғандай, күшейту ортасы - оптикалық күшейтуді қамтамасыз ететін материал. Сыртқы энергия көздерімен (мысалы, электрлік инъекция немесе оптикалық сорғы) қоздырылған кезде, ол түсетін жарықты ынталандырылған сәулелену механизмі арқылы күшейтеді, бұл лазерлік шығысқа әкеледі.
Жартылай өткізгіш лазерлерде күшейту ортасы әдетте PN түйіспесіндегі белсенді аймақтан тұрады, оның материалдық құрамы, құрылымы және легирлеу әдістері шекті ток, сәулелену толқын ұзындығы, тиімділік және жылулық сипаттамалар сияқты негізгі параметрлерге тікелей әсер етеді.
2. Жартылай өткізгіш лазерлердегі кең таралған күшейту материалдары
III-V қосылыс жартылай өткізгіштері ең көп қолданылатын күшейткіш материалдар болып табылады. Типтік мысалдарға мыналар жатады:
①GaAs (Галлий арсениді)
850 диафрагмасындағы сәуле шығаратын лазерлерге жарамды–980 нм диапазоны, оптикалық байланыс және лазерлік басып шығаруда кеңінен қолданылады.
②InP (Индий фосфиді)
Талшықты-оптикалық байланыс үшін өте маңызды 1,3 мкм және 1,55 мкм диапазондарындағы сәулелену үшін қолданылады.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Олардың композицияларын әртүрлі толқын ұзындықтарына жету үшін реттеуге болады, бұл реттелетін толқын ұзындығы бар лазерлік конструкциялардың негізін құрайды.
Бұл материалдар әдетте тікелей тыйым салынған аймақ құрылымдарына ие, бұл оларды фотон эмиссиясымен электрон-тесік рекомбинациясында жоғары тиімді етеді, жартылай өткізгіш лазерлік күшейту ортасында қолдануға өте ыңғайлы.
3. Күшейту құрылымдарының эволюциясы
Өндіріс технологиялары дамыған сайын, жартылай өткізгіш лазерлердегі күшейту құрылымдары алғашқы гомоөткізгіштерден гетероөткізгіштерге, одан әрі дамыған кванттық шұңқырлар мен кванттық нүктелік конфигурацияларға дейін дамыды.
①Гетероөткізгіштік күшейту ортасы
Жартылай өткізгіш материалдарды әртүрлі тыйым салынған аймақ аралықтарымен біріктіру арқылы тасымалдаушылар мен фотондарды белгіленген аймақтарда тиімді түрде шектеуге болады, бұл күшейту тиімділігін арттырады және шекті токты азайтады.
②Кванттық ұңғыма құрылымдары
Белсенді аймақтың қалыңдығын нанометрлік шкалаға дейін азайту арқылы электрондар екі өлшемде шектеледі, бұл сәулелену рекомбинациясының тиімділігін айтарлықтай арттырады. Бұл төменгі шекті токтары бар және термиялық тұрақтылығы жақсы лазерлерге әкеледі.
③Кванттық нүктелік құрылымдар
Өздігінен құрастыру әдістерін қолдану арқылы нөлдік өлшемді наноқұрылымдар түзіледі, бұл энергия деңгейінің айқын таралуын қамтамасыз етеді. Бұл құрылымдар күшейту сипаттамаларын және толқын ұзындығының тұрақтылығын жақсартады, бұл оларды келесі буын жоғары өнімді жартылай өткізгіш лазерлер үшін зерттеу орталығына айналдырады.
4. Күшейту ортасы нені анықтайды?
①Эмиссия толқын ұзындығы
Материалдың тыйым салынған аймағы лазерді анықтайды's толқын ұзындығы. Мысалы, InGaAs жақын инфрақызыл лазерлерге жарамды, ал InGaN көк немесе күлгін лазерлер үшін қолданылады.
②Тиімділік және қуат
Тасымалдаушының қозғалғыштығы және сәулеленбейтін рекомбинация жылдамдығы оптикалық-электрлік түрлендіру тиімділігіне әсер етеді.
③Жылулық өнімділік
Әртүрлі материалдар температураның өзгеруіне әртүрлі жолдармен жауап береді, бұл өнеркәсіптік және әскери ортада лазердің сенімділігіне әсер етеді.
④Модуляциялық жауап
Күшейту ортасы лазерге әсер етеді'жауап беру жылдамдығы, бұл жоғары жылдамдықты байланыс қолданбаларында өте маңызды.
5. Қорытынды
Жартылай өткізгіш лазерлердің күрделі құрылымында күшейту ортасы шынымен де оның «жүрегі» болып табылады—лазерді жасауға ғана емес, сонымен қатар оның қызмет ету мерзіміне, тұрақтылығына және қолдану сценарийлеріне әсер етуге де жауапты. Материалды таңдаудан бастап құрылымдық жобалауға дейін, макроскопиялық өнімділіктен бастап микроскопиялық механизмдерге дейін, күшейту ортасындағы әрбір жетістік лазерлік технологияны жоғары өнімділікке, кеңірек қолданбаларға және тереңірек зерттеуге бағыттайды.
Материалтану және наноөндіріс технологиясындағы үздіксіз жетістіктермен болашақта күшейту ортасы жоғары жарықтықты, кең толқын ұзындығын қамтуды және ақылды лазерлік шешімдерді әкеледі деп күтілуде.—ғылым, өнеркәсіп және қоғам үшін көбірек мүмкіндіктерді ашу.
Жарияланған уақыты: 17 шілде 2025 ж.