Дзякуючы хуткаму развіццю оптаэлектронных тэхналогій, паўправадніковыя лазеры атрымалі шырокае прымяненне ў розных галінах, такіх як тэлекамунікацыі, медыцына, прамысловая апрацоўка і лідарная візуалізацыя, дзякуючы сваёй высокай эфектыўнасці, кампактным памерам і лёгкасці мадуляцыі. У аснове гэтай тэхналогіі ляжыць асяроддзе ўзмацнення, якое адыгрывае абсалютна жыццёва важную ролю. Яно служыць...«крыніца энергіі«што дазваляе вымушанае выпраменьванне і генерацыю лазера, вызначаючы лазер'прадукцыйнасць, даўжыня хвалі і патэнцыял прымянення.
1. Што такое сродак узмацнення?
Як вынікае з назвы, асяроддзе ўзмацнення — гэта матэрыял, які забяспечвае аптычнае ўзмацненне. Пры ўзбуджэнні знешнімі крыніцамі энергіі (напрыклад, электрычнай інжэкцыяй або аптычнай накачкай) ён узмацняе падаючае святло праз механізм вымушанага выпраменьвання, што прыводзіць да лазернага выпраменьвання.
У паўправадніковых лазерах асяроддзе ўзмацнення звычайна складаецца з актыўнай вобласці на PN-пераходзе, склад матэрыялу, структура і метады легавання якой непасрэдна ўплываюць на ключавыя параметры, такія як парог току, даўжыня хвалі выпраменьвання, эфектыўнасць і цеплавыя характарыстыкі.
2. Распаўсюджаныя матэрыялы для ўзмацнення ў паўправадніковых лазерах
Паўправаднікі III-V групы з'яўляюцца найбольш распаўсюджанымі матэрыяламі ўзмацнення. Тыповыя прыклады ўключаюць:
①GaAs (арсенід галію)
Падыходзіць для лазераў, якія выпраменьваюць у 850–Дыяпазон 980 нм, шырока выкарыстоўваецца ў аптычнай сувязі і лазерным друку.
②InP (фасфід індыю)
Выкарыстоўваецца для выпраменьвання ў дыяпазонах 1,3 мкм і 1,55 мкм, што мае вырашальнае значэнне для валаконна-аптычнай сувязі.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Іх склад можна рэгуляваць для дасягнення розных даўжынь хваль, што складае аснову для канструкцый лазераў з перабудоўваемай даўжынёй хвалі.
Гэтыя матэрыялы звычайна маюць прамыя структуры забароненай зоны, што робіць іх вельмі эфектыўнымі пры электронна-дзіркавай рэкамбінацыі з выпраменьваннем фатонаў, ідэальнымі для выкарыстання ў паўправадніковых лазерных асяроддзі ўзмацнення.
3. Эвалюцыя структур узмацнення
Па меры развіцця тэхналогій вырабу, структуры ўзмацнення ў паўправадніковых лазерах эвалюцыянавалі ад ранніх гомапераходаў да гетэрапераходаў, і далей да складаных канфігурацый квантавых ям і квантавых кропак.
①Сярэдні ўзмацненне гетэрапераходу
Спалучаючы паўправадніковыя матэрыялы з рознымі шырынёй забароненай зоны, носьбіты і фатоны могуць быць эфектыўна абмежаваныя ў пэўных абласцях, павышаючы эфектыўнасць узмацнення і зніжаючы парогавы ток.
②Структуры квантавых ям
Дзякуючы памяншэнню таўшчыні актыўнай вобласці да нанаметровага маштабу, электроны ўтрымліваюцца ў двух вымярэннях, што значна павялічвае эфектыўнасць радыяцыйнай рэкамбінацыі. Гэта прыводзіць да стварэння лазераў з ніжэйшымі парогавымі токамі і лепшай тэрмічнай стабільнасцю.
③Структуры квантавых кропак
З дапамогай метадаў самаарганізацыі фармуюцца нульмерныя нанаструктуры, якія забяспечваюць выразнае размеркаванне энергетычных узроўняў. Гэтыя структуры маюць палепшаныя характарыстыкі ўзмацнення і стабільнасць даўжыні хвалі, што робіць іх цэнтрам даследаванняў для высокапрадукцыйных паўправадніковых лазераў наступнага пакалення.
4. Што вызначае каэфіцыент узмацнення?
①Даўжыня хвалі выпраменьвання
Шырыня забароненай зоны матэрыялу вызначае лазер's даўжыня хвалі. Напрыклад, InGaAs падыходзіць для лазераў блізкага інфрачырвонага дыяпазону, а InGaN выкарыстоўваецца для сініх або фіялетавых лазераў.
②Эфектыўнасць і магутнасць
Рухомасць носьбітаў зарада і хуткасць невыпраменьвальнай рэкамбінацыі ўплываюць на эфектыўнасць аптычнага пераўтварэння ў электрычнае.
③Цеплавыя характарыстыкі
Розныя матэрыялы па-рознаму рэагуюць на змены тэмпературы, што ўплывае на надзейнасць лазера ў прамысловых і ваенных умовах.
④Рэакцыя мадуляцыі
Узмацняльнае асяроддзе ўплывае на лазер'хуткасць рэагавання, што мае вырашальнае значэнне ў прыкладаннях высакахуткаснай сувязі.
5. Заключэнне
У складанай структуры паўправадніковых лазераў узмацняльнае асяроддзе сапраўды з'яўляецца яго «сэрцам».—не толькі адказвае за генерацыю лазера, але і ўплывае на яго тэрмін службы, стабільнасць і сцэнары прымянення. Ад выбару матэрыялаў да структурнага праектавання, ад макраскапічных характарыстык да мікраскапічных механізмаў, кожны прарыў у асяроддзі ўзмацнення падштурхоўвае лазерныя тэхналогіі да павышэння прадукцыйнасці, пашырэння прымянення і больш глыбокага вывучэння.
З улікам пастаяннага прагрэсу ў галіне матэрыялазнаўства і нанатэхналогій вытворчасці, чакаецца, што будучыя носьбіты ўзмацнення забяспечаць больш высокую яркасць, больш шырокі ахоп даўжынь хваль і больш разумныя лазерныя рашэнні.—адкрыццё большых магчымасцей для навукі, прамысловасці і грамадства.
Час публікацыі: 17 ліпеня 2025 г.