Գործողության սկզբունքը և հիմնական տեսակներըկիսահաղորդչային լազեր
ԿիսահաղորդիչԼազերային դիոդներ, իրենց բարձր արդյունավետությամբ, մանրանկարչությամբ և ալիքի երկարության բազմազանությամբ, լայնորեն օգտագործվում են որպես օպտոէլեկտրոնային տեխնոլոգիայի հիմնական բաղադրիչներ այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են կապը, բժշկական օգնությունը և արդյունաբերական մշակումը: Այս հոդվածը ավելի մանրամասն ներկայացնում է կիսահաղորդչային լազերների աշխատանքի սկզբունքը և տեսակները, ինչը հարմար է օպտոէլեկտրոնային հետազոտողների մեծամասնության ընտրության համար:
1. Կիսահաղորդչային լազերների լույս արձակող սկզբունքը
Կիսահաղորդչային լազերների լյումինեսցենցիայի սկզբունքը հիմնված է կիսահաղորդչային նյութերի գոտիների կառուցվածքի, էլեկտրոնային անցումների և խթանված ճառագայթման վրա: Կիսահաղորդչային նյութերը նյութերի տեսակ են, որոնք ունեն գոտիական բաց, որը ներառում է վալենտային գոտի և հաղորդչական գոտի: Երբ նյութը գտնվում է հիմնական վիճակում, էլեկտրոնները լրացնում են վալենտային գոտին, մինչդեռ հաղորդչական գոտում էլեկտրոններ չկան: Երբ որոշակի էլեկտրական դաշտ է կիրառվում արտաքինից կամ հոսանք է ներարկվում, որոշ էլեկտրոններ կանցնեն վալենտային գոտուց հաղորդչական գոտի՝ ձևավորելով էլեկտրոն-անցք զույգեր: Էներգիայի արտանետման գործընթացում, երբ այս էլեկտրոն-անցք զույգերը խթանվում են արտաքին աշխարհից, կառաջանան ֆոտոններ, այսինքն՝ լազերներ:
2. Կիսահաղորդչային լազերների գրգռման մեթոդներ
Կիսահաղորդչային լազերների համար կան հիմնականում երեք գրգռման մեթոդներ՝ էլեկտրական ներարկման տեսակ, օպտիկական պոմպի տեսակ և բարձր էներգիայի էլեկտրոնային փնջի գրգռման տեսակ։
Էլեկտրական ներարկվող կիսահաղորդչային լազերներ. Սովորաբար դրանք կիսահաղորդչային մակերեսային միացման դիոդներ են, որոնք պատրաստված են գալիումի արսենիդից (GaAs), կադմիումի սուլֆիդից (CdS), ինդիումի ֆոսֆիդից (InP) և ցինկի սուլֆիդից (ZnS): Դրանք գրգռվում են ուղիղ թեքության երկայնքով հոսանք ներարկելով՝ առաջացնելով խթանված ճառագայթում միացման հարթության տարածքում:
Օպտիկապես պոմպային կիսահաղորդչային լազերներ. Սովորաբար, որպես աշխատանքային նյութ օգտագործվում են N-տիպի կամ P-տիպի կիսահաղորդչային միաբյուրեղներ (օրինակ՝ GaAS, InAs, InSb և այլն), ևլազերայլ լազերների կողմից արձակված ճառագայթումն օգտագործվում է որպես օպտիկապես պոմպային գրգռում։
Բարձր էներգիայի էլեկտրոնային փնջով գրգռված կիսահաղորդչային լազերներ. Սովորաբար, դրանք որպես աշխատանքային նյութ օգտագործում են նաև N-տիպի կամ P-տիպի կիսահաղորդչային միաբյուրեղներ (օրինակ՝ PbS, CdS, ZhO և այլն) և գրգռվում են դրսից բարձր էներգիայի էլեկտրոնային փունջ ներարկելով: Կիսահաղորդչային լազերային սարքերի շարքում ավելի լավ կատարողականություն և ավելի լայն կիրառություն ունեցողը էլեկտրականորեն ներարկված GaAs դիոդային լազերն է՝ կրկնակի հետերոկառուցվածքով:
3. Կիսահաղորդչային լազերների հիմնական տեսակները
Կիսահաղորդչային լազերի ակտիվ շրջանը ֆոտոնների առաջացման և ուժեղացման հիմնական տարածքն է, և դրա հաստությունը ընդամենը մի քանի միկրոմետր է: Ներքին ալիքատար կառուցվածքները օգտագործվում են ֆոտոնների կողմնային դիֆուզիան սահմանափակելու և էներգիայի խտությունը բարձրացնելու համար (օրինակ՝ լեռնաշղթայով ալիքատարները և թաղված հետերոհանգույցները): Լազերն ընդունում է ջերմափոխանակիչի դիզայն և ընտրում է բարձր ջերմահաղորդականությամբ նյութեր (օրինակ՝ պղինձ-վոլֆրամային համաձուլվածք)՝ արագ ջերմափոխանակման համար, ինչը կարող է կանխել գերտաքացման հետևանքով առաջացած ալիքի երկարության շեղումը: Իրենց կառուցվածքի և կիրառման սցենարների համաձայն՝ կիսահաղորդչային լազերները կարելի է դասակարգել հետևյալ չորս կատեգորիաների՝
Եզրային ճառագայթող լազեր (EEL)
Լազերը դուրս է գալիս չիպի կողային հատվածի կտրվածքի մակերևույթից՝ ձևավորելով էլիպսաձև կետ (մոտավորապես 30°×10° դիվերգենցիայի անկյունով): Սովորական ալիքի երկարություններն են՝ 808 նմ (պոմպային), 980 նմ (կապի համար) և 1550 նմ (մանրաթելային կապի համար): Այն լայնորեն կիրառվում է բարձր հզորության արդյունաբերական կտրման, մանրաթելային լազերային պոմպային աղբյուրների և օպտիկական կապի մայրուղային ցանցերում:
2. Ուղղահայաց խոռոչի մակերևույթային ճառագայթող լազեր (VCSEL)
Լազերը ճառագայթվում է չիպի մակերեսին ուղղահայաց՝ շրջանաձև և սիմետրիկ ճառագայթով (տարբերակման անկյուն <15°): Այն ներառում է բաշխված Բրեգգի անդրադարձիչ (DBR), որը վերացնում է արտաքին անդրադարձիչի անհրաժեշտությունը: Այն լայնորեն կիրառվում է եռաչափ սենսորներում (օրինակ՝ բջջային հեռախոսի դեմքի ճանաչում), կարճ հեռավորության օպտիկական հաղորդակցություններում (տվյալների կենտրոններ) և LiDAR-ում:
3. Քվանտային կասկադային լազեր (QCL)
Քվանտային հորերի միջև էլեկտրոնների կասկադային անցման հիման վրա, ալիքի երկարությունը ծածկում է միջինից մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր տիրույթը (3-30 մկմ), առանց պոպուլյացիայի ինվերսիայի անհրաժեշտության: Ֆոտոնները առաջանում են ենթագոտիների միջև անցումների միջոցով և լայնորեն օգտագործվում են այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են գազի զգայունակությունը (օրինակ՝ CO₂ հայտնաբերումը), տերահերցային պատկերումը և շրջակա միջավայրի մոնիթորինգը:
Կարգավորվող լազերի արտաքին խոռոչի դիզայնը (ցանց/պրիզմա/MEMS հայելի) կարող է հասնել ±50 նմ ալիքի երկարության կարգավորման միջակայքի՝ նեղ գծի լայնությամբ (<100 կՀց) և բարձր կողմնային ռեժիմի մերժման հարաբերակցությամբ (>50 դԲ): Այն լայնորեն օգտագործվում է այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են խիտ ալիքի բաժանման մուլտիպլեքսավորումը (DWDM) հաղորդակցությունը, սպեկտրալ վերլուծությունը և կենսաբժշկական պատկերումը: Կիսահաղորդչային լազերները լայնորեն օգտագործվում են կապի լազերային սարքերում, թվային լազերային պահեստավորման սարքերում, լազերային մշակման սարքավորումներում, լազերային նշագրման և փաթեթավորման սարքավորումներում, լազերային տպագրության մեջ, լազերային բժշկական սարքավորումներում, լազերային հեռավորության և կոլիմացիայի հայտնաբերման գործիքներում, զվարճանքի և կրթության համար նախատեսված լազերային գործիքներում և սարքավորումներում, լազերային բաղադրիչներում և մասերում և այլն: Դրանք պատկանում են լազերային արդյունաբերության հիմնական բաղադրիչներին: Կիրառությունների լայն շրջանակի շնորհիվ կան լազերների բազմաթիվ ապրանքանիշեր և արտադրողներ: Ընտրություն կատարելիս այն պետք է հիմնված լինի կոնկրետ կարիքների և կիրառման ոլորտների վրա: Տարբեր արտադրողներ ունեն տարբեր կիրառություններ տարբեր ոլորտներում, և արտադրողների և լազերների ընտրությունը պետք է կատարվի նախագծի իրական կիրառման ոլորտի համաձայն:
Հրապարակման ժամանակը. Նոյեմբեր-05-2025