Со брзиот напредок на оптоелектронската технологија, полупроводничките ласери станаа широко користени во различни области како што се телекомуникациите, медицината, индустриската обработка и LiDAR, благодарение на нивната висока ефикасност, компактна големина и леснотија на модулација. Во сржта на оваа технологија лежи медиумот за засилување, кој игра апсолутно витална улога. Тој служи како„извор на енергија„што овозможува стимулирана емисија и генерирање на ласер, одредувајќи го ласерот„перформанси, бранова должина и потенцијал за примена.
1. Што е медиум за засилување?
Како што сугерира името, медиумот за засилување е материјал кој обезбедува оптичко засилување. Кога е возбуден од надворешни извори на енергија (како што се електрично вбризгување или оптичко пумпање), тој ја засилува инцидентната светлина преку механизмот на стимулирана емисија, што доведува до ласерски излез.
Кај полупроводничките ласери, медиумот за засилување обично е составен од активниот регион на PN спојот, чиј состав на материјалот, структурата и методите на допирање директно влијаат на клучните параметри како што се прагот на струја, брановата должина на емисијата, ефикасноста и термичките карактеристики.
2. Вообичаени материјали за засилување кај полупроводничките ласери
III-V сложените полупроводници се најчесто користените материјали за засилување. Типични примери се:
①GaAs (галиум арсенид)
Погодно за ласери што емитуваат во 850–Опсег од 980 nm, широко користен во оптички комуникации и ласерско печатење.
②InP (индиум фосфид)
Се користи за емисија во опсезите од 1,3 µm и 1,55 µm, што е клучно за комуникациите преку оптички влакна.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Нивните композиции можат да се подесат за да се постигнат различни бранови должини, формирајќи ја основата за дизајни на ласери со подеслива бранова должина.
Овие материјали обично имаат директни структури на енергетски јаз, што ги прави многу ефикасни при рекомбинација на електрони-дупки со емисија на фотони, идеални за употреба во медиум за полупроводнички ласерски засилување.
3. Еволуција на структурите на добивка
Со напредокот на технологиите за производство, структурите на засилување кај полупроводничките ласери еволуираа од рани хомоспојки до хетероспојки, а понатаму до напредни конфигурации на квантни бунари и квантни точки.
①Медиум за засилување на хетероспојката
Со комбинирање на полупроводнички материјали со различни појасни јазови, носителите и фотоните можат ефикасно да се ограничат во одредени региони, зголемувајќи ја ефикасноста на засилувањето и намалувајќи ја прагот на струјата.
②Квантни структури на бунари
Со намалување на дебелината на активниот регион на нанометарска скала, електроните се ограничени во две димензии, значително зголемувајќи ја ефикасноста на радијативната рекомбинација. Ова резултира со ласери со пониски прагови на струи и подобра термичка стабилност.
③Квантни точки структури
Користејќи техники на самосклопување, се формираат нулто-димензионални наноструктури, обезбедувајќи остри распределби на енергетските нивоа. Овие структури нудат подобрени карактеристики на засилување и стабилност на брановата должина, што ги прави истражувачка жариште за високо-перформансни полупроводнички ласери од следната генерација.
4. Што одредува медиумот за засилување?
①Бранова должина на емисијата
Енергетскиот јаз на материјалот го одредува ласерот„s бранова должина. На пример, InGaAs е погоден за ласери во близу инфрацрвено зрачење, додека InGaN се користи за сини или виолетови ласери.
②Ефикасност и моќност
Мобилноста на носителите и стапките на незрачна рекомбинација влијаат на ефикасноста на оптичко-електрична конверзија.
③Термички перформанси
Различни материјали реагираат на температурните промени на различни начини, влијаејќи на сигурноста на ласерот во индустриски и воени средини.
④Модулациски одговор
Медиумот за засилување влијае на ласерот„брзината на одговор, што е клучно во апликациите за комуникација со голема брзина.
5. Заклучок
Во сложената структура на полупроводничките ласери, медиумот за засилување е навистина неговото „срце“.—не само што е одговорен за генерирање на ласерот, туку и за влијание врз неговиот животен век, стабилност и сценарија на примена. Од изборот на материјал до структурниот дизајн, од макроскопските перформанси до микроскопските механизми, секој пробив во медиумот за засилување ја движи ласерската технологија кон поголеми перформанси, пошироки примени и подлабоко истражување.
Со континуираниот напредок во науката за материјали и технологијата за нано-фабрикација, се очекува идниот медиум за засилување да донесе поголема осветленост, поширока покриеност на бранови должини и попаметни ласерски решенија.—отклучувајќи повеќе можности за науката, индустријата и општеството.
Време на објавување: 17 јули 2025 година