Princip rada i glavne vrstepoluprovodnički laser
PoluprovodnikLaserske diode, sa svojom visokom efikasnošću, miniaturizacijom i raznolikošću talasnih dužina, široko se koriste kao ključne komponente optoelektronske tehnologije u oblastima kao što su komunikacija, medicinska njega i industrijska obrada. Ovaj članak dalje predstavlja princip rada i vrste poluprovodničkih lasera, što je pogodno za referencu izbora većine istraživača optoelektronike.
1. Princip emitovanja svjetlosti poluprovodničkih lasera
Princip luminiscencije poluprovodničkih lasera zasniva se na strukturi pojasa, elektronskim prijelazima i stimuliranoj emisiji poluprovodničkih materijala. Poluprovodnički materijali su vrsta materijala sa zabranjenom zonom, koja uključuje valentni pojas i provodni pojas. Kada je materijal u osnovnom stanju, elektroni popunjavaju valentni pojas, dok u provodnom pojasu nema elektrona. Kada se određeno električno polje primijeni izvana ili se ubrizga struja, neki elektroni će preći iz valentnog pojasa u provodni pojas, formirajući parove elektron-šupljina. Tokom procesa oslobađanja energije, kada su ovi parovi elektron-šupljina stimulisani vanjskim svijetom, generirat će se fotoni, odnosno laseri.
2. Metode pobuđivanja poluprovodničkih lasera
Postoje uglavnom tri metode pobude za poluprovodničke lasere, i to tip električne injekcije, tip optičke pumpe i tip pobude visokoenergetskim elektronskim snopom.
Električno injektirani poluprovodnički laseri: Općenito, to su poluprovodničke diode sa površinskim spojem napravljene od materijala kao što su galijum arsenid (GaAs), kadmijum sulfid (CdS), indijum fosfid (InP) i cink sulfid (ZnS). Pobuđuju se injektiranjem struje duž direktne polarizacije, generirajući stimulisanu emisiju u području ravni spoja.
Optički pumpani poluprovodnički laseri: Općenito, kao radna supstanca koriste se poluprovodnički monokristali N-tipa ili P-tipa (kao što su GaAS, InAs, InSb itd.).laserZraka koju emituju drugi laseri koristi se kao optički pumpana ekscitacija.
Poluprovodnički laseri pobuđeni elektronskim snopom visoke energije: Općenito, oni također koriste poluprovodničke monokristale N-tipa ili P-tipa (kao što su PbS, CdS, ZhO, itd.) kao radnu supstancu i pobuđuju se ubrizgavanjem elektronskog snopa visoke energije izvana. Među poluprovodničkim laserskim uređajima, onaj s boljim performansama i širom primjenom je električno ubrizgani GaAs diodni laser s dvostrukom heterostrukturom.
3. Glavne vrste poluprovodničkih lasera
Aktivno područje poluprovodničkog lasera je središnje područje za generiranje i pojačavanje fotona, a njegova debljina je samo nekoliko mikrometara. Unutrašnje strukture valovoda koriste se za ograničavanje lateralne difuzije fotona i povećanje gustoće energije (kao što su grebenasti valovodi i ukopani heterospojevi). Laser usvaja dizajn hladnjaka i odabire materijale visoke toplinske provodljivosti (kao što je legura bakra i volframa) za brzo odvođenje topline, što može spriječiti pomicanje valne duljine uzrokovano pregrijavanjem. Prema njihovoj strukturi i scenarijima primjene, poluprovodnički laseri mogu se klasificirati u sljedeće četiri kategorije:
Laser koji emitira rubno (EEL)
Laser se emituje sa površine cijepanja na strani čipa, formirajući eliptičnu tačku (sa uglom divergencije od približno 30°×10°). Tipične talasne dužine uključuju 808 nm (za pumpanje), 980 nm (za komunikaciju) i 1550 nm (za optičku komunikaciju). Široko se koristi u industrijskom rezanju velike snage, izvorima pumpanja optičkim laserima i optičkim komunikacijskim glavnim mrežama.
2. Laser sa vertikalnom šupljinom i površinskim emitovanjem (VCSEL)
Laser se emituje okomito na površinu čipa, s kružnim i simetričnim snopom (ugao divergencije <15°). Integriše distribuirani Bragg-ov reflektor (DBR), eliminišući potrebu za vanjskim reflektorom. Široko se koristi u 3D senzorima (kao što je prepoznavanje lica na mobilnim telefonima), optičkoj komunikaciji kratkog dometa (centri podataka) i LiDAR-u.
3. Kvantni kaskadni laser (QCL)
Na osnovu kaskadnog prelaza elektrona između kvantnih jama, talasna dužina pokriva srednji do daleki infracrveni opseg (3-30 μm), bez potrebe za inverzijom naseljenosti. Fotoni se generišu kroz međupojasne prelaze i često se koriste u primjenama kao što su detekcija gasa (kao što je detekcija CO₂), terahercno snimanje i praćenje životne sredine.
Dizajn vanjske šupljine podesivog lasera (rešetka/prizma/MEMS ogledalo) može postići raspon podešavanja valne dužine od ±50 nm, s uskom širinom linije (<100 kHz) i visokim omjerom odbacivanja bočnih modova (>50 dB). Obično se koristi u primjenama kao što su komunikacija gustim multipleksiranjem valne dužine (DWDM), spektralna analiza i biomedicinsko snimanje. Poluprovodnički laseri se široko koriste u komunikacijskim laserskim uređajima, digitalnim laserskim uređajima za pohranu, opremi za lasersku obradu, opremi za lasersko označavanje i pakiranje, laserskom slaganju i štampanju, laserskoj medicinskoj opremi, instrumentima za lasersku detekciju udaljenosti i kolimacije, laserskim instrumentima i opremi za zabavu i obrazovanje, laserskim komponentama i dijelovima itd. Oni pripadaju osnovnim komponentama laserske industrije. Zbog širokog spektra primjene, postoje brojni brendovi i proizvođači lasera. Prilikom izbora, treba se bazirati na specifičnim potrebama i područjima primjene. Različiti proizvođači imaju različite primjene u različitim područjima, a izbor proizvođača i lasera treba izvršiti prema stvarnom području primjene projekta.
Vrijeme objave: 05.11.2025.