De Prinzip vun der Aarbecht an d'HaapttypenHalbleiterlaser
HallefleiterLaserdioden, mat hirer héijer Effizienz, Miniaturiséierung a Wellelängtediversitéit, gi wäit verbreet als Kärkomponente vun der optoelektronescher Technologie a Beräicher wéi Kommunikatioun, medizinesch Versuergung an industriell Veraarbechtung benotzt. Dësen Artikel stellt weider de Funktionsprinzip an d'Aarte vu Hallefleederlaser vir, wat praktesch fir d'Auswielreferenz vun der Majoritéit vun optoelektronesche Fuerscher ass.
1. De Liichtemissiounsprinzip vu Hallefleederlaser
De Lumineszenzprinzip vu Hallefleiterlaser baséiert op der Bandstruktur, den elektroneschen Iwwergäng an der stimuléierter Emissioun vu Hallefleitermaterialien. Hallefleitermaterialien sinn eng Zort Material mat enger Bandlück, déi e Valenzband an e Konduktiounsband enthält. Wann d'Material am Grondzoustand ass, fëllen Elektronen de Valenzband, während et keng Elektronen am Konduktiounsband gëtt. Wann e bestëmmt elektrescht Feld extern ugewannt oder e Stroum injizéiert gëtt, ginn e puer Elektronen vum Valenzband an de Konduktiounsband iwwergaangen a bilden Elektron-Lach-Pairen. Wärend dem Prozess vun der Energiefräisetzung, wann dës Elektron-Lach-Pairen vun der Äussewelt stimuléiert ginn, ginn Photonen, also Laser, generéiert.
2. Anregungsmethoden vu Hallefleederlaseren
Et ginn haaptsächlech dräi Anregungsmethoden fir Hallefleiterlaser, nämlech den elektreschen Injektiounstyp, den optesche Pompeltyp an den Héichenergie-Elektronestrahl-Anregungstyp.
Elektresch injizéiert Hallefleiterlaser: Am Allgemengen sinn et Hallefleiter-Uewerflächenverbindungsdioden, déi aus Materialien wéi Galliumarsenid (GaAs), Cadmiumsulfid (CdS), Indiumphosphid (InP) a Zinksulfid (ZnS) hiergestallt sinn. Si ginn duerch Injektioun vu Stroum laanscht d'Virspannung ugereegt, wouduerch stimuléiert Emissioun am Verbindungsberäich generéiert gëtt.
Optesch gepompelt Hallefleiterlaser: Generell ginn N-Typ oder P-Typ Hallefleiter-Eenkristaller (wéi GaAS, InAs, InSb, etc.) als Aarbechtssubstanz benotzt, an d'Laserdéi vun anere Laseren emittéiert gëtt, gëtt als optesch gepompelt Anregung benotzt.
Héichenergetescht Elektronestrahl-ugedriwwent Hallefleiterlaser: Am Allgemengen benotze si och N-Typ oder P-Typ Hallefleiter-Eenkristaller (wéi PbS, CdS, ZhO, etc.) als Aarbechtssubstanz a gi vun dobausse mat engem héichenergetesche Elektronestrahl ugedriwwen. Ënnert den Hallefleiterlaserapparater ass deen, deen elektresch injizéiert gëtt, de GaAs-Diodenlaser mat enger duebeler Heterostruktur huet eng besser Leeschtung a méi breet Uwendungsberäich.
3. Déi Haapttypen vun Hallefleiterlaser
Den aktiven Beräich vun engem Hallefleiterlaser ass de Kärberäich fir d'Photonengeneratioun an -verstäerkung, a seng Déckt ass nëmme puer Mikrometer. Intern Wellenleiterstrukture gi benotzt fir d'lateral Diffusioun vu Photonen ze limitéieren an d'Energiedicht ze erhéijen (wéi z. B. Grat-Wellenleiter an agegruewen Heterojunktiounen). De Laser benotzt en Hëtzesénk-Design a wielt Materialien mat héijer thermescher Leetfäegkeet (wéi z. B. Koffer-Wolfram-Legierung) fir eng séier Hëtzofleedung, wat Wellenlängtendrift, déi duerch Iwwerhëtzung verursaacht gëtt, verhënnere kann. No hirer Struktur an Uwendungsszenarien kënnen Hallefleiterlaser an déi folgend véier Kategorien agedeelt ginn:
Kantemittéierend Laser (EEL)
De Laser gëtt vun der Spaltfläch op der Säit vum Chip ausgestraalt a bildt en elliptischen Punkt (mat engem Divergenzwénkel vun ongeféier 30° × 10°). Typesch Wellelängte sinn 808 nm (fir d'Pompelen), 980 nm (fir d'Kommunikatioun) an 1550 nm (fir d'Glasfaserkommunikatioun). E gëtt wäit verbreet am industrielle Schneiden mat héijer Leeschtung, Glasfaserlaserpompelquellen a Backbone-Netzwierker fir optesch Kommunikatioun benotzt.
2. Vertikal Kavitéitsflächen-emittéierend Laser (VCSEL)
De Laser gëtt senkrecht zur Uewerfläch vum Chip ausgestraalt, mat engem kreesfërmegen a symmetresche Stral (Divergenzwénkel <15°). En integréiert en verdeelte Bragg-Reflektor (DBR), soudatt en externen Reflektor net méi néideg ass. E gëtt wäit verbreet an der 3D-Detektioun (wéi z.B. Gesiichtserkennung vu Mobiltelefonen), optescher Kommunikatioun iwwer kuerz Reechwäit (Datenzentren) a LiDAR agesat.
3. Quantekaskadelaser (QCL)
Baséierend op dem Kaskadeniwwergang vun Elektronen tëscht Quantequellen, deckt d'Wellenlängt de mëttleren bis wäiten Infraroutberäich (3-30 μm) of, ouni datt eng Populatiounsinversioun néideg ass. Photone ginn duerch Intersubband-Iwwergäng generéiert a gi meeschtens an Uwendungen ewéi Gasdetektioun (wéi CO₂-Detektioun), Terahertz-Bildgebung an Ëmweltiwwerwaachung benotzt.
Den Design vun der externer Kavitéit vum ofstëmmenbare Laser (Gitter/Prisma/MEMS-Spigel) kann en Wellelängtenofstëmmungsberäich vun ±50 nm erreechen, mat enger schmueler Linnebreet (<100 kHz) an engem héije Säitemodus-Ofleenungsverhältnis (>50 dB). E gëtt dacks an Uwendungen ewéi DWDM-Kommunikatioun (Dichter Wellelängtdivisiounsmultiplexing), Spektralanalyse a biomedizinescher Bildgebung benotzt. Hallefleederlaser gi wäit verbreet a Kommunikatiounslasergeräter, digitale Laserspeichergeräter, Laserveraarbechtungsausrüstung, Lasermarkéierungs- a Verpackungsausrüstung, Lasersetzerei an -drock, Lasermedizinescher Ausrüstung, Laserdistanz- a Kollimatiounsdetektiounsinstrumenter, Laserinstrumenter an -ausrüstung fir Ënnerhalung an Ausbildung, Laserkomponenten an -deeler, etc. benotzt. Si gehéieren zu de Kärkomponenten vun der Laserindustrie. Wéinst hirem breede Spektrum un Uwendungen gëtt et vill Marken a Produzente vu Laseren. Wann Dir eng Wiel maacht, sollt se op spezifesch Bedierfnesser an Uwendungsfelder baséieren. Verschidde Produzenten hunn ënnerschiddlech Uwendungen a verschiddene Beräicher, an d'Auswiel vun Produzenten a Laseren sollt no dem tatsächlechen Uwendungsfeld vum Projet gemaach ginn.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 05. November 2025