Prinsip kerja lan jinis utamalaser semikonduktor
SemikonduktorDioda laser, kanthi efisiensi dhuwur, miniaturisasi, lan maneka warna dawa gelombang, digunakake sacara wiyar 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 pemilihan mayoritas peneliti optoelektronik.
1. Prinsip pemancaran cahya laser semikonduktor
Prinsip luminesensi laser semikonduktor adhedhasar struktur pita, transisi elektronik, lan emisi terstimulasi saka bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor minangka jinis bahan kanthi celah pita, sing kalebu pita valensi lan pita konduksi. Nalika bahan kasebut ana ing kahanan dasar, elektron ngisi pita valensi nalika ora ana elektron ing pita konduksi. Nalika medan listrik tartamtu ditrapake sacara eksternal utawa arus diinjeksi, sawetara elektron bakal transisi saka pita valensi menyang pita konduksi, mbentuk pasangan elektron-lubang. Sajrone proses pelepasan energi, nalika pasangan elektron-lubang 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 energi dhuwur.
Laser semikonduktor sing diinjeksi listrik: Umumé, iki minangka dioda sambungan permukaan semikonduktor sing digawe saka bahan kayata gallium arsenide (GaAs), kadmium sulfida (CdS), indium fosfida (InP), lan seng sulfida (ZnS). Laser iki dieksitasi kanthi nyuntikake arus ing sadawane bias maju, ngasilake emisi sing dirangsang ing wilayah bidang sambungan.
Laser semikonduktor sing dipompa optik: Umumé, kristal tunggal semikonduktor tipe-N utawa tipe-P (kayata GaAS, InAs, InSb, lan liya-liyane) digunakake minangka zat kerja, lanlasersing dipancarake dening laser liyane digunakake minangka eksitasi sing dipompa sacara optik.
Laser semikonduktor sing dieksitasi sinar elektron energi dhuwur: Umumé, laser iki uga nggunakake kristal tunggal semikonduktor tipe-N utawa tipe-P (kayata PbS, CdS, ZhO, lan liya-liyane) minangka zat kerja lan dieksitasi 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 diinjeksi kanthi listrik kanthi heterostruktur ganda.
3. Jinis utama laser semikonduktor
Wilayah Aktif laser semikonduktor minangka area inti kanggo generasi lan amplifikasi foton, lan kekandelane mung sawetara mikrometer. Struktur pandu gelombang internal digunakake kanggo mbatesi difusi lateral foton lan nambah kapadhetan energi (kayata pandu gelombang punggungan lan heterojunction sing dikubur). Laser kasebut nggunakake desain heat sink lan milih bahan konduktivitas termal sing dhuwur (kayata paduan tembaga-tungsten) kanggo disipasi panas sing cepet, sing bisa nyegah penyimpangan dawa gelombang sing disebabake dening panas banget. Miturut struktur lan skenario aplikasi, laser semikonduktor bisa diklasifikasikake dadi patang kategori ing ngisor iki:
Laser Pemancar Tepi (EEL)
Laser kasebut diwetokake saka permukaan belahan ing sisih chip, mbentuk titik elips (kanthi sudut divergensi kira-kira 30°×10°). Dawane gelombang khas kalebu 808nm (kanggo mompa), 980 nm (kanggo komunikasi), lan 1550 nm (kanggo komunikasi serat). Iki digunakake sacara wiyar ing pemotongan industri daya dhuwur, sumber pompa laser serat, lan jaringan tulang punggung komunikasi optik.
2. Laser Pemancar Permukaan Rongga Vertikal (VCSEL)
Laser dipancarake kanthi tegak lurus menyang permukaan chip, kanthi sinar bunder lan simetris (Sudut divergensi <15°). Laser iki nggabungake reflektor Bragg terdistribusi (DBR), sing ngilangi kebutuhan reflektor eksternal. Laser iki akeh digunakake ing penginderaan 3D (kayata pangenalan rai ponsel), komunikasi optik jarak cendhak (pusat data), lan LiDAR.
3. Laser Kaskade Kuantum (QCL)
Adhedhasar transisi kaskade elektron antarane Sumur kuantum, dawa gelombang nutupi kisaran inframerah tengah nganti inframerah adoh (3-30 μm), tanpa perlu inversi populasi. Foton diasilake liwat transisi antarsubband lan umume digunakake ing aplikasi kayata penginderaan gas (kayata deteksi CO₂), pencitraan terahertz, lan pemantauan lingkungan.
Desain rongga njaba laser sing bisa disetel (grating/prisma/pangilon MEMS) bisa nggayuh rentang tuning dawa gelombang ± 50 nm, kanthi jembar garis sing sempit (<100 kHz) lan rasio penolakan mode sisih sing dhuwur (>50 dB). Iki umume digunakake ing aplikasi kayata komunikasi multiplexing divisi dawa gelombang padat (DWDM), analisis spektral, lan pencitraan biomedis. Laser semikonduktor digunakake sacara wiyar ing piranti laser komunikasi, piranti panyimpenan laser digital, peralatan pangolahan laser, peralatan penandaan lan pengemasan laser, typesetting lan pencetakan laser, peralatan medis laser, instrumen deteksi jarak lan kolimasi laser, instrumen lan peralatan laser kanggo hiburan lan pendidikan, komponen lan bagean laser, lan liya-liyane. Iki kalebu komponen inti industri laser. Amarga macem-macem aplikasi, ana akeh merek lan produsen laser. Nalika nggawe pilihan, kudu adhedhasar kabutuhan lan bidang aplikasi tartamtu. Produsen sing beda-beda duwe aplikasi sing beda-beda ing macem-macem bidang, lan pilihan produsen lan laser kudu digawe miturut bidang aplikasi nyata saka proyek kasebut.
Wektu kiriman: 05-Nov-2025