ნახევარგამტარული ლაზერების არსი: გაძლიერების სიღრმისეული მიმოხილვა

ოპტოელექტრონული ტექნოლოგიების სწრაფი განვითარების წყალობით, ნახევარგამტარული ლაზერები ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა სფეროში, როგორიცაა ტელეკომუნიკაციები, მედიცინა, სამრეწველო დამუშავება და LiDAR, მათი მაღალი ეფექტურობის, კომპაქტური ზომისა და მოდულაციის სიმარტივის წყალობით. ამ ტექნოლოგიის ბირთვში დევს გამაძლიერებელი საშუალება, რომელიც აბსოლუტურად სასიცოცხლო როლს ასრულებს. ის ემსახურება როგორც...„ენერგიის წყარო„რომელიც საშუალებას იძლევა სტიმულირებული ემისიის და ლაზერის გენერაციის, ლაზერის განსაზღვრის'ს-ის მუშაობა, ტალღის სიგრძე და გამოყენების პოტენციალი.

1. რა არის გაძლიერების საშუალება?

როგორც სახელიდან ჩანს, გამაძლიერებელი გარემო არის მასალა, რომელიც უზრუნველყოფს ოპტიკურ გაძლიერებას. გარე ენერგიის წყაროებით (მაგალითად, ელექტრული ინექციით ან ოპტიკური ტუმბოთი) აღგზნებისას, ის აძლიერებს დაცემული სინათლის სხივს სტიმულირებული ემისიის მექანიზმის მეშვეობით, რაც იწვევს ლაზერული გამომავალი სიგნალის წარმოქმნას.

ნახევარგამტარული ლაზერებში, გაძლიერების საშუალება, როგორც წესი, შედგება PN შეერთების აქტიური რეგიონისგან, რომლის მასალის შემადგენლობა, სტრუქტურა და დოპირების მეთოდები პირდაპირ გავლენას ახდენს ისეთ ძირითად პარამეტრებზე, როგორიცაა ზღურბლის დენი, გამოსხივების ტალღის სიგრძე, ეფექტურობა და თერმული მახასიათებლები.

2. ნახევარგამტარული ლაზერების საერთო გაძლიერების მასალები

III-V ნაერთი ნახევარგამტარები ყველაზე ხშირად გამოყენებული გამაძლიერებელი მასალებია. ტიპური მაგალითებია:

①GaAs (გალიუმის არსენიდი)

შესაფერისია 850-ში გამოსხივებული ლაზერებისთვის–980 ნმ დიაპაზონი, ფართოდ გამოიყენება ოპტიკურ კომუნიკაციებსა და ლაზერულ ბეჭდვაში.

②InP (ინდიუმის ფოსფიდი)

გამოიყენება 1.3 µm და 1.55 µm დიაპაზონებში გამოსხივებისთვის, რაც გადამწყვეტია ბოჭკოვანი კომუნიკაციისთვის.

③InGaAsP / AlGaAs / InGaN

მათი შემადგენლობის რეგულირება შესაძლებელია სხვადასხვა ტალღის სიგრძის მისაღწევად, რაც რეგულირებადი ტალღის სიგრძის ლაზერული დიზაინის საფუძველს ქმნის.

ამ მასალებს, როგორც წესი, ახასიათებთ პირდაპირი ზოლური უფსკრულის სტრუქტურები, რაც მათ მაღალეფექტურს ხდის ელექტრონ-ხვრელის რეკომბინაციისა და ფოტონის ემისიის დროს, რაც იდეალურია ნახევარგამტარული ლაზერული გაძლიერების გარემოში გამოსაყენებლად.

3. მოგების სტრუქტურების ევოლუცია

წარმოების ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, ნახევარგამტარული ლაზერების გაძლიერების სტრუქტურები ადრეული ჰომოშეერთებებიდან ჰეტეროშეერთებებამდე და შემდგომში კვანტური ჭაბურღილებისა და კვანტური წერტილების განვითარებულ კონფიგურაციებამდე განვითარდა.

①ჰეტეროშეერთების გაძლიერების საშუალო

ნახევარგამტარული მასალების სხვადასხვა ზოლური უფსკრულით შერწყმით, მატარებლებისა და ფოტონების ეფექტურად შეზღუდვა შესაძლებელია განსაზღვრულ რეგიონებში, რაც გაზრდის გაძლიერების ეფექტურობას და შეამცირებს ზღურბლურ დენს.

②კვანტური ჭაბურღილების სტრუქტურები

აქტიური რეგიონის სისქის ნანომეტრულ მასშტაბამდე შემცირებით, ელექტრონები ორ განზომილებაში იკეტება, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის გამოსხივების რეკომბინაციის ეფექტურობას. ეს იწვევს ლაზერების წარმოქმნას დაბალი ზღურბლის დენებით და უკეთესი თერმული სტაბილურობით.

③კვანტური წერტილოვანი სტრუქტურები

თვითაწყობის ტექნიკის გამოყენებით, ნულოვანი განზომილებების ნანოსტრუქტურები იქმნება, რაც უზრუნველყოფს ენერგიის დონის მკვეთრ განაწილებას. ეს სტრუქტურები გვთავაზობენ გაუმჯობესებულ გამაძლიერებელ მახასიათებლებს და ტალღის სიგრძის სტაბილურობას, რაც მათ ახალი თაობის მაღალი ხარისხის ნახევარგამტარული ლაზერების კვლევის ცხელ წერტილად აქცევს.

4. რას განსაზღვრავს გაძლიერების საშუალო?

①ემისიის ტალღის სიგრძე

მასალის ზოლის სიგანე განსაზღვრავს ლაზერს's ტალღის სიგრძე. მაგალითად, InGaAs შესაფერისია ახლო ინფრაწითელი ლაზერებისთვის, ხოლო InGaN გამოიყენება ლურჯი ან იისფერი ლაზერებისთვის.

②ეფექტურობა და სიმძლავრე

მატარებლის მობილურობა და არაგამოსხივების რეკომბინაციის სიჩქარე გავლენას ახდენს ოპტიკურ-ელექტრულ გარდაქმნის ეფექტურობაზე.

③თერმული შესრულება

სხვადასხვა მასალა სხვადასხვაგვარად რეაგირებს ტემპერატურის ცვლილებებზე, რაც გავლენას ახდენს ლაზერის საიმედოობაზე სამრეწველო და სამხედრო გარემოში.

④მოდულაციის რეაქცია

გაძლიერების საშუალება გავლენას ახდენს ლაზერზე'რეაგირების სიჩქარე, რაც კრიტიკულად მნიშვნელოვანია მაღალსიჩქარიანი საკომუნიკაციო აპლიკაციებში.

5. დასკვნა

ნახევარგამტარული ლაზერების რთულ სტრუქტურაში, გამაძლიერებელი საშუალება ნამდვილად მისი „გულია“.—არა მხოლოდ პასუხისმგებელია ლაზერის გენერირებაზე, არამედ გავლენას ახდენს მის სიცოცხლის ხანგრძლივობაზე, სტაბილურობასა და გამოყენების სცენარებზე. მასალის შერჩევიდან სტრუქტურულ დიზაინამდე, მაკროსკოპული მახასიათებლებიდან მიკროსკოპულ მექანიზმებამდე, გაძლიერების გარემოში ყოველი გარღვევა ლაზერული ტექნოლოგიის უფრო მაღალი შესრულების, უფრო ფართო გამოყენებისა და უფრო ღრმა კვლევისკენ მიმავალი გზაა.

მასალათმცოდნეობისა და ნანოწარმოების ტექნოლოგიის მიმდინარე მიღწევების გათვალისწინებით, სამომავლო გამაძლიერებელი საშუალება, სავარაუდოდ, უფრო მაღალ სიკაშკაშეს, უფრო ფართო ტალღის სიგრძის დაფარვას და უფრო ჭკვიან ლაზერულ გადაწყვეტილებებს მოიტანს.—მეცნიერების, ინდუსტრიისა და საზოგადოებისთვის მეტი შესაძლებლობების გახსნა.