Επιλογή ιδανικής πηγής λέιζερ: λέιζερ ημιαγωγών εκπομπής ακμής Μέρος Πρώτο

Η επιλογή του ιδανικούπηγή λέιζερ: λέιζερ ημιαγωγών εκπομπής ακμής
1. Εισαγωγή
Ημιαγωγικό λέιζερΤα τσιπ χωρίζονται σε τσιπ λέιζερ εκπομπής ακμών (EEL) και τσιπ λέιζερ εκπομπής επιφάνειας κάθετης κοιλότητας (VCSEL) ανάλογα με τις διαφορετικές διαδικασίες κατασκευής των συντονιστών και οι συγκεκριμένες δομικές τους διαφορές φαίνονται στο Σχήμα 1. Σε σύγκριση με το λέιζερ εκπομπής επιφάνειας κάθετης κοιλότητας, η ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ ημιαγωγών εκπομπής ακμών είναι πιο ώριμη, με ευρύ φάσμα μήκους κύματος, υψηλόηλεκτροοπτικόΑποδοτικότητα μετατροπής, μεγάλη ισχύς και άλλα πλεονεκτήματα, πολύ κατάλληλα για επεξεργασία λέιζερ, οπτικές επικοινωνίες και άλλους τομείς. Σήμερα, τα λέιζερ ημιαγωγών που εκπέμπουν ακμή αποτελούν σημαντικό μέρος της βιομηχανίας οπτοηλεκτρονικής και οι εφαρμογές τους καλύπτουν τη βιομηχανία, τις τηλεπικοινωνίες, την επιστήμη, τον καταναλωτή, τον στρατό και την αεροδιαστημική. Με την ανάπτυξη και την πρόοδο της τεχνολογίας, η ισχύς, η αξιοπιστία και η αποδοτικότητα μετατροπής ενέργειας των λέιζερ ημιαγωγών που εκπέμπουν ακμή έχουν βελτιωθεί σημαντικά και οι προοπτικές εφαρμογής τους είναι όλο και πιο εκτεταμένες.
Στη συνέχεια, θα σας καθοδηγήσω ώστε να εκτιμήσετε περαιτέρω τη μοναδική γοητεία της πλευρικής εκπομπής.λέιζερ ημιαγωγών.

Σχήμα 1 (αριστερά) λέιζερ ημιαγωγού πλευρικής εκπομπής και (δεξιά) διάγραμμα δομής λέιζερ εκπομπής κατακόρυφης επιφάνειας κοιλότητας

2. Αρχή λειτουργίας ημιαγωγού εκπομπής ακμήςλέιζερ
Η δομή του λέιζερ ημιαγωγού εκπομπής ακμών μπορεί να χωριστεί στα ακόλουθα τρία μέρη: ενεργή περιοχή ημιαγωγού, πηγή αντλίας και οπτικός συντονιστής. Σε αντίθεση με τους συντονιστές των λέιζερ εκπομπής επιφάνειας κάθετης κοιλότητας (τα οποία αποτελούνται από άνω και κάτω κάτοπτρα Bragg), οι συντονιστές στις συσκευές λέιζερ ημιαγωγού εκπομπής ακμών αποτελούνται κυρίως από οπτικές μεμβράνες και στις δύο πλευρές. Η τυπική δομή της συσκευής EEL και η δομή του συντονιστή φαίνονται στο Σχήμα 2. Το φωτόνιο στη συσκευή λέιζερ ημιαγωγού εκπομπής ακμών ενισχύεται με επιλογή τρόπου λειτουργίας στον συντονιστή και το λέιζερ σχηματίζεται σε κατεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια του υποστρώματος. Οι συσκευές λέιζερ ημιαγωγού εκπομπής ακμών έχουν ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος λειτουργίας και είναι κατάλληλες για πολλές πρακτικές εφαρμογές, επομένως αποτελούν μια από τις ιδανικές πηγές λέιζερ.

Οι δείκτες αξιολόγησης απόδοσης των λέιζερ ημιαγωγών που εκπέμπουν ακμές είναι επίσης συμβατοί με άλλους λέιζερ ημιαγωγών, όπως: (1) μήκος κύματος λέιζερ· (2) Ρεύμα κατωφλίου Ith, δηλαδή το ρεύμα στο οποίο η δίοδος λέιζερ αρχίζει να παράγει ταλάντωση λέιζερ· (3) Ρεύμα λειτουργίας Iop, δηλαδή το ρεύμα οδήγησης όταν η δίοδος λέιζερ φτάσει στην ονομαστική ισχύ εξόδου, αυτή η παράμετρος εφαρμόζεται στο σχεδιασμό και τη διαμόρφωση του κυκλώματος οδήγησης λέιζερ· (4) Απόδοση κλίσης· (5) Γωνία κατακόρυφης απόκλισης θ⊥· (6) Γωνία οριζόντιας απόκλισης θ∥· (7) Παρακολούθηση του ρεύματος Im, δηλαδή του μεγέθους ρεύματος του τσιπ λέιζερ ημιαγωγών στην ονομαστική ισχύ εξόδου.

3. Πρόοδος της έρευνας για τα λέιζερ ημιαγωγών με εκπομπή ακμών που βασίζονται σε GaAs και GaN
Το ημιαγωγικό λέιζερ που βασίζεται σε ημιαγωγικό υλικό GaAs είναι μια από τις πιο ώριμες τεχνολογίες ημιαγωγικών λέιζερ. Προς το παρόν, τα ημιαγωγικά λέιζερ εκπομπής ακμών εγγύς υπέρυθρης ζώνης (760-1060 nm) που βασίζονται σε GAAS έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως εμπορικά. Ως ημιαγωγικό υλικό τρίτης γενιάς μετά το Si και το GaAs, το GaN έχει απασχολήσει ευρέως την επιστημονική έρευνα και τη βιομηχανία λόγω των εξαιρετικών φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του. Με την ανάπτυξη οπτοηλεκτρονικών συσκευών που βασίζονται σε GAN και τις προσπάθειες των ερευνητών, οι δίοδοι εκπομπής φωτός και τα λέιζερ εκπομπής ακμών που βασίζονται σε GAN έχουν βιομηχανοποιηθεί.