İş prinsipi və əsas növləriyarımkeçirici lazer
YarımkeçiriciLazer diodlarıYüksək səmərəliliyi, miniatürləşməsi və dalğa uzunluğu müxtəlifliyi ilə rabitə, tibbi yardım və sənaye emalı kimi sahələrdə optoelektronika texnologiyasının əsas komponentləri kimi geniş istifadə olunur. Bu məqalədə yarımkeçirici lazerlərin iş prinsipi və növləri daha ətraflı təqdim olunur ki, bu da optoelektronika tədqiqatçılarının əksəriyyətinin seçim istinadı üçün əlverişlidir.
1. Yarımkeçirici lazerlərin işıq saçma prinsipi
Yarımkeçirici lazerlərin lüminesans prinsipi yarımkeçirici materialların zolaq quruluşuna, elektron keçidlərinə və stimullaşdırılmış emissiyasına əsaslanır. Yarımkeçirici materiallar valent zolağı və keçirici zolağı əhatə edən zolaq boşluğuna malik bir material növüdür. Material əsas vəziyyətdə olduqda, keçirici zolaqda elektronlar olmadığı halda, valent zolağını elektronlar doldurur. Müəyyən bir elektrik sahəsi xaricə tətbiq edildikdə və ya cərəyan vurulduqda, bəzi elektronlar valent zolağından keçirici zolağa keçərək elektron-deşik cütləri əmələ gətirəcək. Enerjinin sərbəst buraxılması prosesi zamanı bu elektron-deşik cütləri xarici aləm tərəfindən stimullaşdırıldıqda fotonlar, yəni lazerlər yaranacaq.
2. Yarımkeçirici lazerlərin həyəcanlanma üsulları
Yarımkeçirici lazerlər üçün əsasən üç həyəcanlandırma üsulu mövcuddur: elektrik inyeksiya növü, optik nasos növü və yüksək enerjili elektron şüası həyəcanlandırma növü.
Elektriklə yeridilən yarımkeçirici lazerlər: Ümumiyyətlə, bunlar qallium arsenid (GaAs), kadmium sulfid (CdS), indium fosfid (InP) və sink sulfid (ZnS) kimi materiallardan hazırlanmış yarımkeçirici səth qovşağı diodlarıdır. Onlar irəli istiqamətdə cərəyan yeridərək həyəcanlanır və qovşaq müstəvisi bölgəsində stimullaşdırılmış emissiya yaradır.
Optik pompalanan yarımkeçirici lazerlər: Ümumiyyətlə, işçi maddə kimi N-tipli və ya P-tipli yarımkeçirici tək kristallar (məsələn, GaAS, InAs, InSb və s.) istifadə olunur vəlazerDigər lazerlər tərəfindən yayılan şüalanma optik olaraq pompalanan həyəcanlanma kimi istifadə olunur.
Yüksək enerjili elektron şüası ilə həyəcanlanan yarımkeçirici lazerlər: Ümumiyyətlə, onlar həmçinin işçi maddə kimi N tipli və ya P tipli yarımkeçirici tək kristallardan (məsələn, PbS, CdS, ZhO və s.) istifadə edirlər və xaricdən yüksək enerjili elektron şüası yeridilməsi ilə həyəcanlanırlar. Yarımkeçirici lazer cihazları arasında daha yaxşı performansa və daha geniş tətbiqə malik olanı ikiqat heterostrukturlu elektriklə yeridilən GaAs diod lazeridir.
3. Yarımkeçirici lazerlərin əsas növləri
Yarımkeçirici lazerin Aktiv Bölgəsi foton generasiyası və gücləndirilməsi üçün əsas sahədir və qalınlığı cəmi bir neçə mikrometrdir. Daxili dalğaötürücü strukturlar fotonların yan yayılmasını məhdudlaşdırmaq və enerji sıxlığını artırmaq üçün istifadə olunur (məsələn, silsilə dalğaötürücüləri və basdırılmış heterokeçidlər). Lazer istilik ötürücü dizaynını qəbul edir və sürətli istilik yayılması üçün yüksək istilik keçiriciliyi materialları (məsələn, mis-volfram ərintisi) seçir ki, bu da həddindən artıq istiləşmənin yaratdığı dalğa uzunluğu sürüşməsinin qarşısını ala bilər. Quruluşlarına və tətbiq ssenarilərinə görə, yarımkeçirici lazerlər aşağıdakı dörd kateqoriyaya bölünə bilər:
Kənar Yayan Lazer (EEL)
Lazer çipin yan tərəfindəki parçalanma səthindən çıxarılır və elliptik bir nöqtə əmələ gətirir (təxminən 30°×10° ayrılma bucağı ilə). Tipik dalğa uzunluqlarına 808nm (nasos üçün), 980 nm (rabitə üçün) və 1550 nm (lifli rabitə üçün) daxildir. Yüksək güclü sənaye kəsmə, lifli lazer nasos mənbələri və optik rabitə magistral şəbəkələrində geniş istifadə olunur.
2. Şaquli Boşluq Səthi Yayan Lazer (VCSEL)
Lazer, çipin səthinə perpendikulyar olaraq dairəvi və simmetrik şüa ilə şüalanır (divergensiya bucağı <15°). O, paylanmış Bragg reflektorunu (DBR) birləşdirir və xarici reflektora ehtiyacı aradan qaldırır. O, 3D sensorda (məsələn, mobil telefon üz tanıma), qısa mənzilli optik rabitədə (məlumat mərkəzləri) və LiDAR-da geniş istifadə olunur.
3. Kvant Kaskad Lazeri (QCL)
Kvant Quyuları arasında elektronların kaskad keçidinə əsaslanaraq, dalğa uzunluğu populyasiya inversiyasına ehtiyac olmadan orta və uzaq infraqırmızı diapazonu (3-30 μm) əhatə edir. Fotonlar altzolaqlararası keçidlər vasitəsilə yaranır və qaz sensoru (məsələn, CO₂ aşkarlanması), terahers görüntüləmə və ətraf mühitin monitorinqi kimi tətbiqlərdə geniş istifadə olunur.
Tənzimlənən lazerin xarici boşluq dizaynı (tor/prizma/MEMS güzgüsü) dar xətt eni (<100 kHz) və yüksək yan rejim rədd nisbəti (>50 dB) ilə ±50 nm dalğa uzunluğu tənzimləmə diapazonuna nail ola bilər. Sıx dalğa uzunluğu bölmə multipleksləşdirmə (DWDM) rabitəsi, spektral analiz və biotibbi görüntüləmə kimi tətbiqlərdə geniş istifadə olunur. Yarımkeçirici lazerlər rabitə lazer cihazlarında, rəqəmsal lazer saxlama cihazlarında, lazer emalı avadanlıqlarında, lazer işarələmə və qablaşdırma avadanlıqlarında, lazer yazı yazma və çapda, lazer tibbi avadanlıqlarında, lazer məsafəsi və kollimasiya aşkarlama alətlərində, əyləncə və təhsil üçün lazer alətləri və avadanlıqlarında, lazer komponentləri və hissələrində və s. geniş istifadə olunur. Onlar lazer sənayesinin əsas komponentlərinə aiddir. Geniş tətbiq dairəsinə görə çoxsaylı lazer markaları və istehsalçıları mövcuddur. Seçim edərkən, bu, xüsusi ehtiyaclara və tətbiq sahələrinə əsaslanmalıdır. Müxtəlif istehsalçıların müxtəlif sahələrdə fərqli tətbiqləri var və istehsalçıların və lazerlərin seçimi layihənin faktiki tətbiq sahəsinə uyğun olaraq aparılmalıdır.
Yazı vaxtı: 05 Noyabr 2025