Prinsip kerja lan jinis utamalaser semikonduktor
SemikonduktorLaser dioda, kanthi efisiensi dhuwur, miniaturisasi lan keragaman dawa gelombang, digunakake minangka komponen inti teknologi optoelektronik ing bidang kayata komunikasi, perawatan medis lan pangolahan industri. Artikel iki luwih ngenalake prinsip kerja lan jinis laser semikonduktor, sing trep kanggo referensi pilihan mayoritas peneliti optoelektronik.
1. Prinsip cahya-emitting laser semikonduktor
Prinsip luminescence laser semikonduktor adhedhasar struktur pita, transisi elektronik lan emisi bahan semikonduktor sing dirangsang. Bahan semikonduktor minangka jinis materi kanthi celah pita, sing kalebu pita valensi lan pita konduksi. Nalika materi ana ing lemah, elektron ngisi pita valensi nalika ora ana elektron ing pita konduksi. Nalika medan listrik tartamtu ditrapake sacara eksternal utawa arus disuntikake, sawetara elektron bakal transisi saka pita valensi menyang pita konduksi, mbentuk pasangan elektron-bolongan. Sajrone proses pelepasan energi, nalika pasangan elektron-bolongan iki dirangsang dening jagad njaba, foton, yaiku, laser, bakal diasilake.
2. Cara eksitasi laser semikonduktor
Ana telung cara eksitasi kanggo laser semikonduktor, yaiku jinis injeksi listrik, jinis pompa optik lan jinis eksitasi sinar elektron berenergi tinggi.
Laser semikonduktor sing disuntikake kanthi listrik: Umume, dioda sambungan permukaan semikonduktor sing digawe saka bahan kayata gallium arsenide (GaAs), kadmium sulfida (CdS), indium phosphide (InP), lan seng sulfida (ZnS). Dheweke bungah kanthi nyuntikake arus ing sadawane bias maju, ngasilake emisi stimulasi ing wilayah pesawat persimpangan.
Laser semikonduktor sing dipompa kanthi optik: Umume, kristal tunggal semikonduktor tipe-N utawa tipe-P (kayata GaAS, InAs, InSb, lan sapiturute) digunakake minangka zat kerja, lanlaserdipancarake dening laser liyane digunakake minangka eksitasi sing dipompa kanthi optik.
Laser semikonduktor sinar elektron berenergi tinggi: Umume, uga nggunakake kristal tunggal semikonduktor tipe-N utawa P-jinis (kayata PbS, CdS, ZhO, lan sapiturute) minangka zat sing bisa digunakake lan bungah kanthi nyuntikake sinar elektron energi dhuwur saka njaba. Antarane piranti laser semikonduktor, sing nduweni kinerja sing luwih apik lan aplikasi sing luwih akeh yaiku laser dioda GaAs sing disuntikake kanthi listrik kanthi heterostruktur ganda.
3. Jinis utama laser semikonduktor
Wilayah Aktif saka laser semikonduktor minangka area inti kanggo generasi foton lan amplifikasi, lan kekandelan mung sawetara mikrometer. Struktur pandu gelombang internal digunakake kanggo mbatesi difusi lateral foton lan ningkatake kapadhetan energi (kayata pandu gelombang ridge lan heterojunctions sing dikubur). Laser nganggo desain sink panas lan milih bahan konduktivitas termal sing dhuwur (kayata campuran tembaga-tungsten) kanggo boros panas kanthi cepet, sing bisa nyegah drift dawa gelombang sing disebabake overheating. Miturut struktur lan skenario aplikasi, laser semikonduktor bisa diklasifikasikake dadi papat kategori ing ngisor iki:
Edge-Emitting Laser (EEL)
Laser punika output saka lumahing cleavage ing sisih chip, mbentuk titik elips (kanthi sudut divergensi kira-kira 30 ° × 10 °). Dawane gelombang khas kalebu 808nm (kanggo pompa), 980 nm (kanggo komunikasi), lan 1550 nm (kanggo komunikasi serat). Kang digunakake digunakake ing dhuwur-daya nglereni industri, serat laser pumping sumber, lan jaringan balung mburi komunikasi optik.
2. Vertikal Rongga Surface Emitting Laser (VCSEL)
Laser dipancarake kanthi tegak ing permukaan chip, kanthi sinar bunder lan simetris (sudut divergensi <15 °). Iki nggabungake reflektor Bragg sing disebarake (DBR), ngilangi kabutuhan reflektor eksternal. Iki digunakake kanthi wiyar ing sensing 3D (kayata pangenalan pasuryan ponsel), komunikasi optik jarak cendhak (pusat data), lan LiDAR.
3. Quantum Cascade Laser (QCL)
Adhedhasar transisi kaskade elektron ing antarane Sumur kuantum, dawane gelombang nyakup kisaran inframerah pertengahan nganti adoh (3-30 μm), tanpa perlu inversi populasi. Foton diasilake liwat transisi intersubband lan umume digunakake ing aplikasi kayata sensing gas (kayata deteksi CO₂), pencitraan terahertz, lan pemantauan lingkungan.
Desain rongga njaba laser sing tunable (pangilon / prisma / MEMS pangilon) bisa nggayuh sawetara tuning dawa gelombang ± 50 nm, kanthi jembar garis sempit (<100 kHz) lan rasio penolakan mode sisih dhuwur (>50 dB). Biasane digunakake ing aplikasi kayata komunikasi multiplexing divisi dawa gelombang (DWDM), analisis spektral, lan pencitraan biomedis. Semikonduktor laser digunakake digunakake ing piranti laser komunikasi, piranti panyimpenan laser digital, peralatan Processing laser, laser menehi tandha lan peralatan packaging, laser typesetting lan printing, laser peralatan medical, jarak laser lan deteksi collimation instruments, laser instruments lan peralatan kanggo hiburan lan pendidikan, komponen laser lan bagean, etc. Amarga sawetara saka sudhut aplikasi, ana akeh merek lan manufaktur saka laser. Nalika nggawe pilihan, iku kudu adhedhasar kabutuhan tartamtu lan lapangan aplikasi. Produsen beda duwe aplikasi beda ing macem-macem lapangan, lan pilihan saka manufaktur lan laser kudu digawe miturut lapangan aplikasi nyata saka project.
Wektu kirim: Nov-05-2025