Met die vinnige vooruitgang van opto-elektroniese tegnologie, het halfgeleierlasers wyd gebruik geword in verskeie velde soos telekommunikasie, medisyne, industriële verwerking en LiDAR, danksy hul hoë doeltreffendheid, kompakte grootte en gemak van modulasie. Die kern van hierdie tegnologie lê die versterkingsmedium, wat 'n absoluut noodsaaklike rol speel. Dit dien as die"energiebron"wat gestimuleerde emissie en lasergenerering moontlik maak, wat die laser bepaal'se prestasie, golflengte en toepassingspotensiaal.
1. Wat is 'n versterkingsmedium?
Soos die naam aandui, is 'n versterkingsmedium 'n materiaal wat optiese versterking verskaf. Wanneer dit deur eksterne energiebronne (soos elektriese inspuiting of optiese pomping) opgewek word, versterk dit invallende lig deur die meganisme van gestimuleerde emissie, wat lei tot laseruitset.
In halfgeleierlasers bestaan die versterkingsmedium tipies uit die aktiewe gebied by die PN-voegvlak, waarvan die materiaalsamestelling, struktuur en doteringsmetodes direk sleutelparameters soos drempelstroom, emissiegolflengte, doeltreffendheid en termiese eienskappe beïnvloed.
2. Algemene versterkingsmateriale in halfgeleierlasers
III-V saamgestelde halfgeleiers is die mees algemeen gebruikte versterkingsmateriale. Tipiese voorbeelde sluit in:
①GaAs (Galliumarsenied)
Geskik vir lasers wat in die 850 uitstraal–980 nm-reeks, wyd gebruik in optiese kommunikasie en laserdrukwerk.
②InP (Indiumfosfied)
Gebruik vir emissie in die 1.3 µm en 1.55 µm bande, noodsaaklik vir veseloptiese kommunikasie.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Hul komposisies kan ingestel word om verskillende golflengtes te bereik, wat die basis vorm vir laserontwerpe met instelbare golflengtes.
Hierdie materiale beskik tipies oor direkte bandgapingstrukture, wat hulle hoogs doeltreffend maak met elektron-gat rekombinasie met fotonemissie, ideaal vir gebruik in halfgeleierlaserversterkingsmediums.
3. Evolusie van Winsstrukture
Namate vervaardigingstegnologieë gevorder het, het versterkingsstrukture in halfgeleierlasers ontwikkel van vroeë homojunksies na heterojunksies, en verder na gevorderde kwantumput- en kwantumkolletjiekonfigurasies.
①Heterojunksie-winsmedium
Deur halfgeleiermateriale met verskillende bandgapings te kombineer, kan draers en fotone effektief in aangewese gebiede beperk word, wat die versterkingsdoeltreffendheid verbeter en die drempelstroom verminder.
②Kwantumputstrukture
Deur die dikte van die aktiewe gebied tot die nanometerskaal te verminder, word elektrone in twee dimensies beperk, wat die doeltreffendheid van stralingsrekombinasie aansienlik verhoog. Dit lei tot lasers met laer drempelstrome en beter termiese stabiliteit.
③Kwantumpuntstrukture
Deur selfsamestellingstegnieke te gebruik, word nuldimensionele nanostrukture gevorm, wat skerp energievlakverspreidings bied. Hierdie strukture bied verbeterde versterkingseienskappe en golflengtestabiliteit, wat hulle 'n navorsingspunt maak vir volgende generasie hoëprestasie-halfgeleierlasers.
4. Wat bepaal die versterkingsmedium?
①Emissiegolflengte
Die bandgap van die materiaal bepaal die laser's golflengte. Byvoorbeeld, InGaAs is geskik vir naby-infrarooi lasers, terwyl InGaN vir blou of violet lasers gebruik word.
②Doeltreffendheid en krag
Draermobiliteit en nie-stralende rekombinasietempo's beïnvloed die optiese-na-elektriese omskakelingsdoeltreffendheid.
③Termiese Prestasie
Verskillende materiale reageer op verskillende maniere op temperatuurveranderinge, wat die betroubaarheid van die laser in industriële en militêre omgewings beïnvloed.
④Modulasierespons
Die versterkingsmedium beïnvloed die laser'se reaksiespoed, wat krities is in hoëspoedkommunikasietoepassings.
5. Gevolgtrekking
In die komplekse struktuur van halfgeleierlasers is die versterkingsmedium werklik die "hart" daarvan.—nie net verantwoordelik vir die opwekking van die laser nie, maar ook vir die beïnvloeding van die leeftyd, stabiliteit en toepassingscenario's daarvan. Van materiaalkeuse tot strukturele ontwerp, van makroskopiese werkverrigting tot mikroskopiese meganismes, elke deurbraak in versterkingsmedium dryf lasertegnologie na groter werkverrigting, breër toepassings en dieper eksplorasie.
Met voortdurende vooruitgang in materiaalwetenskap en nano-vervaardigingstegnologie, word verwag dat toekomstige versterkingsmediums hoër helderheid, breër golflengtedekking en slimmer laseroplossings sal bring.—wat meer moontlikhede vir wetenskap, nywerheid en samelewing ontsluit.
Plasingstyd: 17 Julie 2025