Dengan kemajuan pesat teknologi optoelektronik, laser semikonduktor telah digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang seperti telekomunikasi, perubatan, pemprosesan industri dan LiDAR, berkat kecekapan tinggi, saiz padat dan kemudahan modulasinya. Pada teras teknologi ini terletak medium keuntungan, yang memainkan peranan yang sangat penting. Ia berfungsi sebagai“sumber tenaga”yang membolehkan pelepasan dirangsang dan penjanaan laser, menentukan laser'prestasi, panjang gelombang dan potensi aplikasi.
1. Apakah Medium Keuntungan?
Seperti namanya, medium gain adalah bahan yang menyediakan penguatan optik. Apabila teruja oleh sumber tenaga luaran (seperti suntikan elektrik atau pengepam optik), ia menguatkan cahaya kejadian melalui mekanisme pelepasan yang dirangsang, yang membawa kepada output laser.
Dalam laser semikonduktor, medium perolehan biasanya terdiri daripada kawasan aktif di persimpangan PN, yang komposisi bahan, struktur dan kaedah dopingnya secara langsung memberi kesan kepada parameter utama seperti arus ambang, panjang gelombang pelepasan, kecekapan dan ciri terma.
2. Bahan Keuntungan Biasa dalam Laser Semikonduktor
Semikonduktor sebatian III-V ialah bahan perolehan yang paling biasa digunakan. Contoh biasa termasuk:
①GaAs (Gallium Arsenide)
Sesuai untuk pemancaran laser dalam 850–Julat 980 nm, digunakan secara meluas dalam komunikasi optik dan percetakan laser.
②InP (Indium Phosphide)
Digunakan untuk pelepasan dalam jalur 1.3 µm dan 1.55 µm, penting untuk komunikasi gentian optik.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Komposisi mereka boleh ditala untuk mencapai panjang gelombang yang berbeza, membentuk asas untuk reka bentuk laser panjang gelombang boleh tala.
Bahan-bahan ini biasanya menampilkan struktur celah jalur langsung, menjadikannya sangat cekap pada penggabungan semula lubang elektron dengan pelepasan foton, sesuai untuk digunakan dalam medium perolehan laser semikonduktor.
3. Evolusi Struktur Keuntungan
Apabila teknologi fabrikasi telah berkembang, struktur perolehan dalam laser semikonduktor telah berkembang daripada homojunction awal kepada heterojunctions, dan seterusnya kepada konfigurasi telaga kuantum dan titik kuantum maju.
①Heterojunction Gain Medium
Dengan menggabungkan bahan semikonduktor dengan celah jalur yang berbeza, pembawa dan foton boleh dikurung dengan berkesan di kawasan yang ditetapkan, meningkatkan kecekapan perolehan dan mengurangkan arus ambang.
②Struktur Telaga Kuantum
Dengan mengurangkan ketebalan kawasan aktif kepada skala nanometer, elektron terkurung dalam dua dimensi, meningkatkan kecekapan penggabungan semula sinaran dengan ketara. Ini menghasilkan laser dengan arus ambang yang lebih rendah dan kestabilan haba yang lebih baik.
③Struktur Titik Kuantum
Menggunakan teknik pemasangan sendiri, struktur nano dimensi sifar terbentuk, memberikan pengagihan tahap tenaga yang tajam. Struktur ini menawarkan ciri keuntungan yang dipertingkatkan dan kestabilan panjang gelombang, menjadikannya tempat tumpuan penyelidikan untuk laser semikonduktor berprestasi tinggi generasi akan datang.
4. Apakah yang Ditentukan oleh Sederhana Keuntungan?
①Panjang Gelombang Pelepasan
Celah jalur bahan menentukan laser's panjang gelombang. Sebagai contoh, InGaAs sesuai untuk laser inframerah dekat, manakala InGaN digunakan untuk laser biru atau ungu.
②Kecekapan & Kuasa
Mobiliti pembawa dan kadar penggabungan semula bukan sinaran mempengaruhi kecekapan penukaran optik-ke-elektrik.
③Prestasi Terma
Bahan yang berbeza bertindak balas terhadap perubahan suhu dalam pelbagai cara, mempengaruhi kebolehpercayaan laser dalam persekitaran perindustrian dan ketenteraan.
④Respons Modulasi
Media keuntungan mempengaruhi laser'kelajuan tindak balas, yang penting dalam aplikasi komunikasi berkelajuan tinggi.
5. Kesimpulan
Dalam struktur kompleks laser semikonduktor, medium perolehan benar-benar "jantung"nya—bukan sahaja bertanggungjawab untuk menghasilkan laser tetapi juga untuk mempengaruhi senario hayat, kestabilan dan aplikasinya. Daripada pemilihan bahan kepada reka bentuk struktur, daripada prestasi makroskopik kepada mekanisme mikroskopik, setiap kejayaan dalam medium perolehan memacu teknologi laser ke arah prestasi yang lebih baik, aplikasi yang lebih luas dan penerokaan yang lebih mendalam.
Dengan kemajuan berterusan dalam sains bahan dan teknologi fabrikasi nano, medium keuntungan masa hadapan dijangka membawa kecerahan yang lebih tinggi, liputan panjang gelombang yang lebih luas dan penyelesaian laser yang lebih pintar—membuka lebih banyak kemungkinan untuk sains, industri dan masyarakat.
Masa siaran: Jul-17-2025