Үйл ажиллагааны зарчим ба үндсэн төрлүүдхагас дамжуулагч лазер
Хагас дамжуулагчЛазер диодуудӨндөр үр ашиг, миниатюрчлал болон долгионы уртын олон янз байдалтай тул харилцаа холбоо, эмнэлгийн тусламж үйлчилгээ, үйлдвэрлэлийн боловсруулалт зэрэг салбарт оптоэлектроник технологийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг болгон өргөн хэрэглэгддэг. Энэхүү нийтлэлд хагас дамжуулагч лазерын ажиллах зарчим, төрлүүдийг цаашид танилцуулж байгаа бөгөөд энэ нь оптоэлектроник судлаачдын дийлэнх нь сонгох лавлагаанд тохиромжтой юм.
1. Хагас дамжуулагч лазерын гэрэл ялгаруулах зарчим
Хагас дамжуулагч лазерын люминесценцийн зарчим нь хагас дамжуулагч материалын зурвасын бүтэц, электрон шилжилт болон өдөөгдсөн ялгаралт дээр суурилдаг. Хагас дамжуулагч материал нь зурвасын зайтай материалын нэг төрөл бөгөөд үүнд валентын зурвас болон дамжуулалтын зурвас багтдаг. Материал нь үндсэн төлөвт байх үед дамжуулалтын зурвас дээр электрон байхгүй үед валентын зурвасыг электронууд дүүргэдэг. Тодорхой цахилгаан орон гаднаас үйлчлэх эсвэл гүйдэл шахах үед зарим электронууд валентын зурвасаас дамжуулалтын зурвас руу шилжиж, электрон-нүхний хос үүсгэдэг. Энерги ялгаруулах явцад эдгээр электрон-нүхний хосууд гадаад ертөнцөөр өдөөгдөхөд фотон, өөрөөр хэлбэл лазерууд үүснэ.
2. Хагас дамжуулагч лазерын өдөөлтийн аргууд
Хагас дамжуулагч лазеруудад голчлон цахилгаан тарилгын төрөл, оптик насосны төрөл, өндөр энергийн электрон цацрагийн өдөөлтийн төрөл гэсэн гурван өдөөх арга байдаг.
Цахилгаан шахалттай хагас дамжуулагч лазерууд: Ерөнхийдөө эдгээр нь галлийн арсенид (GaAs), кадмийн сульфид (CdS), индийн фосфид (InP), цайрын сульфид (ZnS) зэрэг материалаар хийгдсэн хагас дамжуулагч гадаргуугийн уулзвар диодууд юм. Тэдгээрийг урагш чиглэсэн гүйдлийн дагуу шахаж, уулзварын хавтгайн бүсэд өдөөгдсөн ялгаралт үүсгэдэг.
Оптик шахуургатай хагас дамжуулагч лазерууд: Ерөнхийдөө N төрлийн эсвэл P төрлийн хагас дамжуулагч дан талстууд (GaAS, InAs, InSb гэх мэт)-ийг ажлын бодис болгон ашигладаг бөгөөдлазербусад лазеруудаас ялгарч буй туяаг оптик шахуургын өдөөлт болгон ашигладаг.
Өндөр энергитэй электрон цацрагаар өдөөгддөг хагас дамжуулагч лазерууд: Ерөнхийдөө тэдгээр нь N төрлийн эсвэл P төрлийн хагас дамжуулагч дан талстуудыг (PbS, CdS, ZhO гэх мэт) ажлын бодис болгон ашигладаг бөгөөд гаднаас өндөр энергитэй электрон цацрагийг шахаж өдөөдөг. Хагас дамжуулагч лазер төхөөрөмжүүдийн дунд илүү сайн гүйцэтгэлтэй, өргөн хэрэглээтэй нь давхар гетеро бүтэцтэй цахилгаанаар шахдаг GaAs диод лазер юм.
3. Хагас дамжуулагч лазерын үндсэн төрлүүд
Хагас дамжуулагч лазерын идэвхтэй бүс нь фотон үүсгэх болон олшруулах гол хэсэг бөгөөд түүний зузаан нь хэдхэн микрометр юм. Дотор долгион хөтлөгчийн бүтцийг фотонуудын хажуугийн тархалтыг хязгаарлах, энергийн нягтралыг нэмэгдүүлэхэд ашигладаг (жишээлбэл, нурууны долгион хөтлөгчид болон далдлагдсан гетеро холболтууд). Лазер нь дулаан шингээгч загварыг баримталж, хэт халалтаас үүдэлтэй долгионы уртын хэлбэлзлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд өндөр дулаан дамжуулалттай материалыг (жишээлбэл, зэс-вольфрамын хайлш) сонгодог. Тэдний бүтэц, хэрэглээний хувилбаруудын дагуу хагас урттай лазеруудыг дараах дөрвөн ангилалд ангилж болно.
Ирмэг ялгаруулдаг лазер (EEL)
Лазерыг чипийн хажуугийн хагарлын гадаргуугаас гаргаж, эллипс хэлбэртэй цэг үүсгэдэг (ойролцоогоор 30°×10° зөрүүний өнцөгтэй). Ердийн долгионы урт нь 808 нм (шахах зориулалттай), 980 нм (холбооны зориулалттай), 1550 нм (шилэн кабелийн холболтын зориулалттай) юм. Үүнийг өндөр хүчин чадалтай үйлдвэрлэлийн огтлолт, шилэн лазер шахах эх үүсвэр, оптик холбооны гол сүлжээнд өргөн ашигладаг.
2. Босоо хөндийн гадаргуу ялгаруулдаг лазер (VCSEL)
Лазер нь чипийн гадаргуутай перпендикуляр байдлаар, дугуй ба тэгш хэмтэй цацрагтайгаар ялгардаг (салалтын өнцөг <15°). Энэ нь тархсан Bragg тусгал (DBR)-ийг нэгтгэсэн тул гадаад тусгал шаардлагагүй болдог. Үүнийг 3D мэдрэгч (гар утасны нүүр таних гэх мэт), богино зайн оптик холбоо (өгөгдлийн төвүүд) болон LiDAR-д өргөн ашигладаг.
3. Квант Каскад Лазер (QCL)
Квант худгийн хоорондох электронуудын каскадын шилжилт дээр үндэслэн долгионы урт нь популяцийн инверс шаардлагагүйгээр дунд болон алс холын хэт улаан туяаны мужийг (3-30 μм) хамардаг. Фотонууд нь дэд зурвасын хоорондын шилжилтээр үүсдэг бөгөөд хийн мэдрэгч (CO₂ илрүүлэх гэх мэт), терагерц дүрслэл, хүрээлэн буй орчны хяналт зэрэг хэрэглээнд түгээмэл хэрэглэгддэг.
Тохируулж болох лазерын гадаад хөндийн загвар (тор/призм/MEMS толь) нь ±50 нм долгионы уртын тохируулгын хүрээг бий болгож, нарийн шугамын өргөн (<100 кГц), өндөр хажуугийн горимын татгалзлын харьцаатай (>50 дБ) боломжтой. Үүнийг нягт долгионы уртын хуваалтын мультиплекс (DWDM) харилцаа холбоо, спектрийн шинжилгээ, биоанагаахын дүрслэл зэрэг хэрэглээнд өргөн ашигладаг. Хагас дамжуулагч лазерыг харилцаа холбооны лазер төхөөрөмж, дижитал лазер хадгалах төхөөрөмж, лазер боловсруулах төхөөрөмж, лазер тэмдэглэгээ, сав баглаа боодлын төхөөрөмж, лазерын хэвлэлт, лазерын эмнэлгийн тоног төхөөрөмж, лазерын зай ба коллимацийн илрүүлэх хэрэгсэл, зугаа цэнгэл, боловсролын лазерын багаж хэрэгсэл, тоног төхөөрөмж, лазерын эд анги, эд анги гэх мэтт өргөн ашигладаг. Эдгээр нь лазерын салбарын гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хамаардаг. Өргөн хүрээний хэрэглээний ачаар лазерын олон брэнд, үйлдвэрлэгчид байдаг. Сонголт хийхдээ тодорхой хэрэгцээ, хэрэглээний талбарт үндэслэх ёстой. Өөр өөр үйлдвэрлэгчид янз бүрийн салбарт өөр өөр хэрэглээтэй байдаг бөгөөд үйлдвэрлэгчид болон лазерын сонголтыг төслийн бодит хэрэглээний талбарт нийцүүлэн хийх ёстой.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 11-р сарын 05