Са брзим напретком оптоелектронске технологије, полупроводнички ласери су се широко користили у различитим областима као што су телекомуникације, медицина, индустријска обрада и LiDAR, захваљујући својој високој ефикасности, компактној величини и лакоћи модулације. У сржи ове технологије лежи медијум за појачање, који игра апсолутно виталну улогу. Он служи као„извор енергије„што омогућава стимулисану емисију и генерисање ласера, одређујући ласер'перформансе, таласну дужину и потенцијал примене.
1. Шта је медијум за добијање?
Као што и само име сугерише, медијум за појачавање је материјал који обезбеђује оптичко појачавање. Када се побуди спољним изворима енергије (као што је електрична инјекција или оптичко пумпање), он појачава упадну светлост механизмом стимулисане емисије, што доводи до ласерског излаза.
Код полупроводничких ласера, медијум за појачање се обично састоји од активне области на PN споју, чији састав материјала, структура и методе допирања директно утичу на кључне параметре попут прага струје, таласне дужине емисије, ефикасности и термичких карактеристика.
2. Уобичајени материјали за појачање у полупроводничким ласерима
III-V једињења полупроводника су најчешће коришћени материјали за појачање. Типични примери укључују:
①GaAs (галијум арсенид)
Погодно за ласере који емитују у 850–Опсег од 980 нм, широко коришћен у оптичким комуникацијама и ласерском штампању.
2InP (индијум фосфид)
Користи се за емисију у опсезима од 1,3 µm и 1,55 µm, што је кључно за комуникацију путем оптичких влакана.
3InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Њихови састави се могу подесити да би се постигле различите таласне дужине, што чини основу за дизајн ласера са подесивом таласном дужином.
Ови материјали обично имају директне структуре забрањене зоне, што их чини веома ефикасним у рекомбинацији електрона и шупљина са емисијом фотона, идеалним за употребу у полупроводничком ласерском медијуму за појачање.
3. Еволуција структура добитка
Како су технологије производње напредовале, структуре појачања у полупроводничким ласерима су еволуирале од раних хомоспојница до хетероспојница, па све до напредних конфигурација квантних бунара и квантних тачака.
①Хетероспојни медијум за појачање
Комбиновањем полупроводничких материјала са различитим енергетским процепима, носачи и фотони могу бити ефикасно ограничени у одређеним регионима, повећавајући ефикасност појачања и смањујући праг струје.
2Структуре квантних бунара
Смањењем дебљине активне области на нанометарске размере, електрони су ограничени у две димензије, што значајно повећава ефикасност радијативне рекомбинације. Ово резултира ласерима са нижим праговима струја и бољом термичком стабилношћу.
3Структуре квантних тачака
Коришћењем техника самосклапања, формирају се нултодимензионалне наноструктуре, које пружају оштре расподеле енергетских нивоа. Ове структуре нуде побољшане карактеристике појачања и стабилност таласне дужине, што их чини истраживачком жариштем за високоперформансне полупроводничке ласере следеће генерације.
4. Шта одређује медијум појачања?
①Таласна дужина емисије
Ширина забрањене зоне материјала одређује ласер's таласне дужине. На пример, InGaAs је погодан за блиске инфрацрвене ласере, док се InGaN користи за плаве или љубичасте ласере.
2Ефикасност и снага
Мобилност носилаца и брзине нерадијативне рекомбинације утичу на ефикасност оптичке у електричну конверзију.
3Термичке перформансе
Различити материјали реагују на промене температуре на различите начине, што утиче на поузданост ласера у индустријским и војним окружењима.
④Модулациони одговор
Појачавајући медијум утиче на ласер'брзина одзива, што је критично у апликацијама за брзу комуникацију.
5. Закључак
У сложеној структури полупроводничких ласера, појачавајући медијум је заиста његово „срце“—не само да је одговоран за генерисање ласера, већ и за утицај на његов век трајања, стабилност и сценарије примене. Од избора материјала до структурног дизајна, од макроскопских перформанси до микроскопских механизама, сваки пробој у медијуму за појачање покреће ласерску технологију ка већим перформансама, ширим применама и дубљем истраживању.
Са континуираним напретком у науци о материјалима и технологији нанопроизводње, очекује се да ће будући медијуми за појачање донети већи сјај, шири покривеност таласних дужина и паметнија ласерска решења.—откључавајући више могућности за науку, индустрију и друштво.
Време објаве: 17. јул 2025.