Sparčiai tobulėjant optoelektronikos technologijoms, puslaidininkiniai lazeriai dėl didelio efektyvumo, kompaktiško dydžio ir lengvo moduliavimo tapo plačiai naudojami įvairiose srityse, tokiose kaip telekomunikacijos, medicina, pramoninis apdirbimas ir LiDAR. Šios technologijos pagrindas yra stiprinimo terpė, kuri atlieka absoliučiai gyvybiškai svarbų vaidmenį. Ji tarnauja kaip„energijos šaltinis„kuri įgalina stimuliuojamąją emisiją ir lazerio generavimą, nustatant lazerio„našumas, bangos ilgis ir taikymo galimybės.
1. Kas yra stiprinimo terpė?
Kaip rodo pavadinimas, stiprinimo terpė yra medžiaga, užtikrinanti optinį stiprinimą. Sužadinta išorinių energijos šaltinių (pvz., elektros injekcijos arba optinio pumpavimo), ji sustiprina krintančią šviesą stimuliuojamos emisijos mechanizmu, sukurdama lazerio spinduliuotę.
Puslaidininkiniuose lazeriuose stiprinimo terpė paprastai sudaryta iš aktyviosios srities PN sandūroje, kurios medžiagos sudėtis, struktūra ir legiravimo metodai tiesiogiai veikia pagrindinius parametrus, tokius kaip slenkstinė srovė, emisijos bangos ilgis, efektyvumas ir terminės charakteristikos.
2. Įprastos puslaidininkinių lazerių stiprinimo medžiagos
III-V junginių puslaidininkiai yra dažniausiai naudojamos stiprinimo medžiagos. Tipiniai pavyzdžiai:
①GaAs (galio arsenidas)
Tinka lazeriams, skleidžiantiems 850 bangos ilgio spinduliuotę.–980 nm diapazonas, plačiai naudojamas optiniuose ryšiuose ir lazeriniame spausdinime.
②InP (indžio fosfidas)
Naudojamas emisijai 1,3 µm ir 1,55 µm juostose, kurios yra labai svarbios šviesolaidiniam ryšiui.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Jų kompozicijas galima reguliuoti, kad būtų pasiekti skirtingi bangos ilgiai, ir tai sudaro pagrindą reguliuojamo bangos ilgio lazerių konstrukcijoms.
Šios medžiagos paprastai pasižymi tiesioginėmis draustosios juostos struktūromis, todėl jos yra labai efektyvios elektronų skylės rekombinacijoje su fotonų emisija, idealiai tinka naudoti puslaidininkinių lazerių stiprinimo terpėje.
3. Stiprinimo struktūrų evoliucija
Tobulėjant gamybos technologijoms, puslaidininkinių lazerių stiprinimo struktūros vystėsi nuo ankstyvųjų homosandūrų iki heterosandūrų ir toliau iki pažangių kvantinių šulinių ir kvantinių taškų konfigūracijų.
①Heterosandūros stiprinimo terpė
Derinant puslaidininkines medžiagas su skirtingais draustiniais tarpais, krūvininkai ir fotonai gali būti efektyviai apriboti tam tikrose srityse, padidinant stiprinimo efektyvumą ir sumažinant slenkstinę srovę.
②Kvantinių šulinių struktūros
Sumažinus aktyviosios srities storį iki nanometro skalės, elektronai yra apriboti dviem matmenimis, o tai žymiai padidina spinduliavimo rekombinacijos efektyvumą. Dėl to lazeriai pasižymi mažesnėmis slenksčio srovėmis ir geresniu terminiu stabilumu.
③Kvantinių taškų struktūros
Naudojant savaiminio surinkimo technologijas, suformuojamos nulinės dimensijos nanostruktūros, užtikrinančios ryškų energijos lygmenų pasiskirstymą. Šios struktūros pasižymi geresnėmis stiprinimo charakteristikomis ir bangos ilgio stabilumu, todėl jos yra tyrimų židinys naujos kartos didelio našumo puslaidininkiniams lazeriams.
4. Ką lemia stiprinimo terpė?
①Emisijos bangos ilgis
Medžiagos draudžiamoji juosta lemia lazerio„s bangos ilgis. Pavyzdžiui, „InGaAs“ tinka artimojo infraraudonojo spektro lazeriams, o „InGaN“ – mėlyniems arba violetiniams lazeriams.
②Efektyvumas ir galia
Nešėjų judrumas ir nespinduliuojančios rekombinacijos greičiai turi įtakos optinio-elektrinio konversijos efektyvumui.
③Šiluminės savybės
Skirtingos medžiagos skirtingai reaguoja į temperatūros pokyčius, o tai daro įtaką lazerio patikimumui pramoninėje ir karinėje aplinkoje.
④Moduliacijos atsakas
Stiprinimo terpė veikia lazerį„reagavimo greitis, kuris yra labai svarbus didelės spartos ryšio programose.
5. Išvada
Sudėtingoje puslaidininkinių lazerių struktūroje stiprinimo terpė yra tikra jo „širdis“.—ne tik atsakingas už lazerio generavimą, bet ir įtakojantis jo tarnavimo laiką, stabilumą ir taikymo scenarijus. Nuo medžiagų parinkimo iki konstrukcinio projektavimo, nuo makroskopinio našumo iki mikroskopinių mechanizmų – kiekvienas stiprinimo terpės proveržis skatina lazerių technologijas siekti didesnio našumo, platesnio pritaikymo ir gilesnių tyrimų.
Tobulėjant medžiagų mokslui ir nanotechnologijoms, tikimasi, kad būsimos stiprinimo terpės pasižymės didesniu ryškumu, platesniu bangos ilgiu ir išmanesniais lazeriniais sprendimais.—atveriant daugiau galimybių mokslui, pramonei ir visuomenei.
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 17 d.