Me përparimin e shpejtë të teknologjisë optoelektronike, lazerët gjysmëpërçues janë përdorur gjerësisht në fusha të ndryshme si telekomunikacioni, mjekësia, përpunimi industrial dhe LiDAR, falë efikasitetit të tyre të lartë, madhësisë kompakte dhe lehtësisë së modulimit. Në thelb të kësaj teknologjie qëndron mediumi i përforcimit, i cili luan një rol absolutisht jetësor. Ai shërben si“burim energjie"që mundëson emetimin e stimuluar dhe gjenerimin e lazerit, duke përcaktuar lazerin'Performanca e s, gjatësia e valës dhe potenciali i aplikimit.
1. Çfarë është një medium përforcimi?
Siç sugjeron edhe vetë emri, një medium përforcues është një material që siguron amplifikim optik. Kur ngacmohet nga burime të jashtme energjie (si injektimi elektrik ose pompimi optik), ai amplifikon dritën incidente përmes mekanizmit të emetimit të stimuluar, duke çuar në daljen e lazerit.
Në lazerët gjysmëpërçues, mediumi i fitimit zakonisht përbëhet nga rajoni aktiv në kryqëzimin PN, përbërja materiale e të cilit, struktura dhe metodat e dopaminimit ndikojnë drejtpërdrejt në parametrat kryesorë si rryma e pragut, gjatësia e valës së emetimit, efikasiteti dhe karakteristikat termike.
2. Materialet e zakonshme të fitimit në lazerët gjysmëpërçues
Gjysmëpërçuesit e përbërë III-V janë materialet më të përdorura për përforcimin. Shembuj tipikë përfshijnë:
①GaAs (Arsenid Galiumi)
I përshtatshëm për lazerët që emetojnë në 850–Diapazoni 980 nm, i përdorur gjerësisht në komunikimet optike dhe shtypjen me lazer.
②InP (Fosfid Indiumi)
Përdoret për emetim në brezat 1.3 µm dhe 1.55 µm, thelbësore për komunikimet me fibra optike.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Përbërjet e tyre mund të akordohen për të arritur gjatësi vale të ndryshme, duke formuar bazën për dizajnet e lazerëve me gjatësi vale të akordueshme.
Këto materiale zakonisht kanë struktura të drejtpërdrejta të boshllëkut të brezit, duke i bërë ato shumë efikase në rekombinimin e vrimës së elektroneve me emetimin e fotoneve, ideale për përdorim në mediumin e përforcimit me lazer gjysmëpërçues.
3. Evolucioni i Strukturave të Përfitimit
Ndërsa teknologjitë e fabrikimit kanë përparuar, strukturat e fitimit në lazerët gjysmëpërçues kanë evoluar nga homo-nyjet e hershme në hetero-nyje dhe më tej në konfigurime të përparuara të puseve kuantike dhe pikave kuantike.
①Fitimi i Heterojunksionit të Mesëm
Duke kombinuar materiale gjysmëpërçuese me boshllëqe të ndryshme brezash, bartësit dhe fotonet mund të kufizohen në mënyrë efektive në rajone të caktuara, duke rritur efikasitetin e fitimit dhe duke zvogëluar rrymën prag.
②Strukturat e puseve kuantike
Duke zvogëluar trashësinë e rajonit aktiv në shkallën nanometrike, elektronet kufizohen në dy dimensione, duke rritur ndjeshëm efikasitetin e rekombinimit rrezatues. Kjo rezulton në lazerë me rryma pragu më të ulëta dhe stabilitet termik më të mirë.
③Strukturat e Pikave Kuantike
Duke përdorur teknikat e vetë-montimit, formohen nanostruktura zero-dimensionale, duke siguruar shpërndarje të mprehta të nivelit të energjisë. Këto struktura ofrojnë karakteristika të përmirësuara të fitimit dhe stabilitet të gjatësisë së valës, duke i bërë ato një pikë të nxehtë kërkimore për lazerët gjysmëpërçues me performancë të lartë të gjeneratës së ardhshme.
4. Çfarë përcakton mediumi i fitimit?
①Gjatësia e valës së emetimit
Hapësira e brezit të materialit përcakton lazerin'gjatësia e valës s. Për shembull, InGaAs është i përshtatshëm për lazerët afër infra të kuqes, ndërsa InGaN përdoret për lazerët blu ose vjollcë.
②Efikasitet dhe Fuqi
Lëvizshmëria e bartësve dhe shpejtësitë e rekombinimit jo-rrezatues ndikojnë në efikasitetin e konvertimit optik-elektrik.
③Performanca termike
Materiale të ndryshme i përgjigjen ndryshimeve të temperaturës në mënyra të ndryshme, duke ndikuar në besueshmërinë e lazerit në mjediset industriale dhe ushtarake.
④Përgjigja e Modulimit
Mjeti i përforcimit ndikon në lazer'shpejtësia e reagimit, e cila është kritike në aplikacionet e komunikimit me shpejtësi të lartë.
5. Përfundim
Në strukturën komplekse të lazerëve gjysmëpërçues, mediumi i fitimit është vërtet "zemra" e tij.—jo vetëm përgjegjës për gjenerimin e lazerit, por edhe për ndikimin në jetëgjatësinë, stabilitetin dhe skenarët e aplikimit të tij. Nga përzgjedhja e materialit te projektimi strukturor, nga performanca makroskopike te mekanizmat mikroskopikë, çdo përparim në mediumin e përforcimit po e çon teknologjinë e lazerit drejt një performance më të madhe, aplikimeve më të gjera dhe eksplorimit më të thellë.
Me përparimet e vazhdueshme në shkencën e materialeve dhe teknologjinë e nano-fabrikimit, pritet që mediumi i ardhshëm i përforcimit të sjellë shkëlqim më të lartë, mbulim më të gjerë të gjatësisë së valës dhe zgjidhje më të zgjuara lazerike.—duke zhbllokuar më shumë mundësi për shkencën, industrinë dhe shoqërinë.
Koha e postimit: 17 korrik 2025