It wurkprinsipe en de wichtichste soartenhealgeleiderlaser
HealgeleiderLaserdiodes, mei har hege effisjinsje, miniaturisaasje en golflingteferskaat, wurde breed brûkt as kearnkomponinten fan opto-elektronyske technology yn fjilden lykas kommunikaasje, medyske soarch en yndustriële ferwurking. Dit artikel yntrodusearret fierder it wurkprinsipe en de soarten healgeleiderlasers, wat handich is foar de seleksjereferinsje fan 'e mearderheid fan opto-elektronyske ûndersikers.
1. It ljochtútstjittende prinsipe fan healgeleiderlasers
It luminesinsjeprinsipe fan healgeleiderlasers is basearre op 'e bandstruktuer, elektroanyske oergongen en stimulearre emisje fan healgeleidermaterialen. Healgeleidermaterialen binne in type materiaal mei in bandgap, dy't in valensband en in geliedingsband omfettet. As it materiaal yn 'e grûntastân is, folje elektroanen de valensband, wylst der gjin elektroanen yn 'e geliedingsband binne. As in bepaald elektrysk fjild ekstern tapast wurdt of in stroom ynjektearre wurdt, sille guon elektroanen oergean fan 'e valensband nei de geliedingsband, wêrtroch't elektron-gatpearen foarmje. Tidens it proses fan enerzjyfrijlitting, as dizze elektron-gatpearen stimulearre wurde troch de bûtenwrâld, sille fotonen, dat binne lasers, generearre wurde.
2. Oanstjoeringsmetoaden fan healgeleiderlasers
Der binne benammen trije oanstjoeringsmetoaden foar healgeleiderlasers, nammentlik elektryske ynjeksjetype, optyske pomptype en hege-enerzjy elektronenstriel-oanstjoeringstype.
Elektrysk ynjeksjeare healgeleiderlasers: Yn 't algemien binne it healgeleider-oerflak-oergongsdiodes makke fan materialen lykas galliumarsenide (GaAs), kadmiumsulfide (CdS), indiumfosfide (InP) en sinksulfide (ZnS). Se wurde oanstutsen troch stroom te ynjeksjearjen lâns de foarútbias, wêrtroch stimulearre emisje ûntstiet yn it knooppuntgebiet.
Optysk pompte healgeleiderlasers: Yn 't algemien wurde N-type of P-type healgeleider-ienkristallen (lykas GaAS, InAs, InSb, ensfh.) brûkt as de wurkstof, en delaserútstjoerd troch oare lasers wurdt brûkt as de optysk pompte eksitaasje.
Hege-enerzjy elektronenstriel-oanstutsen healgeleiderlasers: Yn 't algemien brûke se ek N-type of P-type healgeleider ienkristallen (lykas PbS, CdS, ZhO, ensfh.) as de wurkjende stof en wurde oanstutsen troch in hege-enerzjy elektronenstriel fan bûten te ynjeksjearjen. Under healgeleiderlaserapparaten is dejinge mei bettere prestaasjes en bredere tapassing de elektrysk ynjeksjeare GaAs-diodelaser mei in dûbele heterostruktuer.
3. De wichtichste soarten healgeleiderlasers
It Aktive Gebiet fan in healgeleiderlaser is it kearngebiet foar fotongeneraasje en -fersterking, en de dikte is mar in pear mikrometer. Ynterne golfliederstrukturen wurde brûkt om de laterale diffúzje fan fotonen te beheinen en de enerzjytichtens te ferbetterjen (lykas ridge-golflieders en begroeven heterojunctions). De laser brûkt in ûntwerp mei in waarmteôffier en selektearret materialen mei hege termyske gelieding (lykas koper-wolfraamlegering) foar rappe waarmteôffier, wat golflingtedrift feroarsake troch oerferhitting kin foarkomme. Neffens har struktuer en tapassingsscenario's kinne healgeleiderlasers wurde yndield yn 'e folgjende fjouwer kategoryen:
Râne-útstjittende laser (EEL)
De laser wurdt útfierd fan it splitsingsoerflak oan 'e kant fan' e chip, en foarmet in elliptyske flek (mei in diverginsjehoeke fan sawat 30° × 10°). Typyske golflingten omfetsje 808 nm (foar pompen), 980 nm (foar kommunikaasje) en 1550 nm (foar glêstriedkommunikaasje). It wurdt in soad brûkt yn yndustriële snijwurken mei hege krêft, glêstriedlaserpompboarnen en optyske kommunikaasje-backbone-netwurken.
2. Fertikale holte-oerflakútstjittende laser (VCSEL)
De laser wurdt loodrecht op it oerflak fan 'e chip útstjoerd, mei in sirkelfoarmige en symmetryske striel (diverginsjehoek <15°). It yntegreart in ferspraat Bragg-reflektor (DBR), wêrtroch't de needsaak foar in eksterne reflektor eliminearre wurdt. It wurdt in soad brûkt yn 3D-deteksje (lykas gesichtsherkenning fan mobile tillefoans), optyske kommunikaasje op koarte ôfstân (datasintra) en LiDAR.
3. Kwantumkaskadelaser (QCL)
Basearre op 'e kaskade-oergong fan elektroanen tusken kwantumputten, beslacht de golflingte it midden- oant fier-ynfrareade berik (3-30 μm), sûnder de needsaak foar populaasje-ynverzje. Fotonen wurde generearre troch yntersubband-oergongen en wurde faak brûkt yn tapassingen lykas gasdeteksje (lykas CO₂-deteksje), terahertz-ôfbylding en miljeumonitoring.
It ûntwerp fan 'e eksterne holte fan 'e ôfstimmbere laser (raster/prisma/MEMS-spegel) kin in golflingte-ôfstimmingsberik fan ±50 nm berikke, mei in smelle linebreedte (<100 kHz) en in hege side-mode-ôfwizingsferhâlding (>50 dB). It wurdt faak brûkt yn tapassingen lykas tichte golflingtedivyzjemultipleksing (DWDM) kommunikaasje, spektrale analyze en biomedyske ôfbylding. Healgeliederlasers wurde breed brûkt yn kommunikaasjelaserapparaten, digitale laseropslachapparaten, laserferwurkingsapparatuer, lasermarkearring- en ferpakkingsapparatuer, lasersetwurk en printsjen, lasermedyske apparatuer, laserôfstân- en kollimaasjedeteksje-ynstruminten, laserynstruminten en apparatuer foar ferdivedaasje en ûnderwiis, laserkomponinten en ûnderdielen, ensfh. Se hearre ta de kearnkomponinten fan 'e laseryndustry. Fanwegen har brede oanbod fan tapassingen binne d'r ferskate merken en fabrikanten fan lasers. By it meitsjen fan in kar moat it basearre wurde op spesifike behoeften en tapassingsfjilden. Ferskillende fabrikanten hawwe ferskillende tapassingen yn ferskate fjilden, en de seleksje fan fabrikanten en lasers moat makke wurde neffens it werklike tapassingsfjild fan it projekt.
Pleatsingstiid: 5 novimber 2025