Wat is een halfgeleiderlaser? (Deel Ⅰ)

Sinds de uitvinding van de eersteHalfgeleider lasersin de wereld in 1962 heeft de halfgeleiderlaser grote veranderingen ondergaan, waardoor de ontwikkeling van andere wetenschap en technologie enorm is bevorderd, en wordt beschouwd als een van de belangrijke uitvindingen van de 20e eeuw. In de afgelopen decennia is de ontwikkeling van halfgeleiderlasers sneller gegaan en is het de snelst ontwikkelende lasertechnologie ter wereld geworden. De toepassing van halfgeleiderlasers bestrijkt het hele gebied van opto-elektronica en is de kerntechnologie van de opto-elektronicawetenschap geworden. Vanwege de voordelen van kleine afmetingen, eenvoudige structuur, lage invoerenergie, lange levensduur, gemakkelijke modulering en lage prijs, wordt de halfgeleiderlaser veel gebruikt op het gebied van opto-elektronica en wordt hij zeer gewaardeerd door landen over de hele wereld.

1. Halfgeleiderlasers

De halfgeleiderlaser is een soort geminiaturiseerde laser die is samengesteld uit een Pn-overgang of pin van halfgeleidermateriaal met directe bandafstand. Er zijn tientallen soorten halfgeleiderlaserwerkende stoffen. Momenteel zijn de halfgeleidermaterialen waarvan lasers zijn gemaakt galliumarsenide, indiumarsenide, indiumantimonide, cadmiumsulfide, cadmiumtelluride, loodselenide, loodtelluride, aluminiumgalliumarseen, indiumfosforarseen enzovoort. Er zijn drie soorten excitatiemodi van een halfgeleiderlaser, namelijk elektrische injectie, optische pomp en hoogenergetische elektronenbundelexcitatie. De excitatiemodus van de meeste halfgeleiderlasers is elektrische injectie, dat wil zeggen dat voorwaartse spanning wordt toegepast op de Pn-overgang om gestimuleerde emissie te genereren in het gebied van het verbindingsvlak, dat wil zeggen, het is een voorwaarts voorgespannen diode. Daarom wordt de halfgeleiderlaser ook wel de halfgeleiderlaserdiode genoemd. Voor halfgeleiders, aangezien elektronen overgaan tussen energiebanden in plaats van tussen discrete energieniveaus, is de overgangsenergie geen definitieve waarde, waardoor de uitgangsgolflengte van de halfgeleiderlaser zich over een breed bereik verspreidt. Ze zenden golflengten uit variërend van 0.3 tot 34μm. Het golflengtebereik is afhankelijk van de bandafstand van het gebruikte materiaal. De gewone AlGaAs-laser met dubbele heterojunctie heeft een uitgangsgolflengte van 750 ~ 890 nm.

De productietechnologie van halfgeleiderlasers heeft ervaring opgedaan van de diffusiemethode tot vloeistoffase-epitaxie (LPE), gasfase-epitaxie (VPE), moleculaire bundelepitaxie (MBE), MOCVD-methode (organische metaaldampafzetting), chemische bundelepitaxie (CBE) en hun verschillende combinatie van verschillende processen. Het nadeel van de halfgeleiderlaser is dat de laserprestaties worden beïnvloed door de temperatuur en dat de divergentiehoek van de straal groot is (meestal tussen enkele graden en 20 graden), dus het is slecht gericht, monochromatisch en coherent. Maar met de snelle ontwikkeling van wetenschap en technologie gaat het onderzoek naar dpss-lasers in de richting van diepte en verbeteren de prestaties van halfgeleiderlasers voortdurend. Halfgeleider-opto-elektronicatechnologie met halfgeleiderlaser als kern zal meer vooruitgang boeken en een grotere rol spelen in de informatiemaatschappij van de 21e eeuw.

2. Werkingsprincipe van halfgeleiderlasers

De halfgeleiderlaser is een coherente stralingsbron. Er moet aan drie basisvoorwaarden worden voldaan om een ​​laser te genereren.

①Versterkingsvoorwaarde: de inversieverdeling van ladingsdragers in het excitatiemedium (actieve regio) wordt vastgesteld. In halfgeleiders wordt de energie van elektronen weergegeven door een reeks bijna continue energieniveaus. Dit wordt bereikt door een voorwaartse voorspanning toe te passen op de homogene of heterojunctie en de noodzakelijke ladingsdragers in de actieve laag te injecteren om elektronen van de lagere valentieband naar de hogere geleidingsband te exciteren. Gestimuleerde emissie treedt op wanneer een groot aantal elektronen in de omgekeerde deeltjespopulatietoestand recombineert met gaten.

②om daadwerkelijk coherente geëxciteerde straling te verkrijgen, moet men de geëxciteerde straling in de optische resonator maken om meervoudige feedback te krijgen en laseroscillatie te vormen, de resonator van de laser wordt gevormd door het natuurlijke splijtingsoppervlak van het halfgeleiderkristal als een spiegel, meestal uiteindelijk van de lichte beplating op de hoge inverse meerlaagse diëlektrische film en de gladde oppervlaktebeplating op de gereduceerde inverse film. Voor de Fp-holte (Fabry-Perot-holte) halfgeleiderlaser kan de FP-holte gemakkelijk worden geconstrueerd door het natuurlijke splijtingsvlak loodrecht op het pn-overgangsvlak van het kristal.

③ Om een ​​stabiele oscillatie te vormen, moet het lasermedium voldoende versterking kunnen bieden om het optische verlies te compenseren dat wordt veroorzaakt door de resonantieholte en de laseroutput van het oppervlak van de holte, en het optische veld in de holte voortdurend vergroten. Dit vereist een voldoende sterke stroominjectie, dat wil zeggen voldoende inversie van het aantal deeltjes. Hoe hoger de mate van inversie van het aantal deeltjes, hoe groter de versterking, dat wil zeggen dat aan een bepaalde stroomdrempelvoorwaarde moet worden voldaan. Wanneer de laser de drempel bereikt, kan licht met een specifieke golflengte in de holte resoneren en worden versterkt, en uiteindelijk een laser vormen en continu worden uitgevoerd. Het is te zien dat de dipoolovergang van elektron en gat het basisproces is van lichtemissie en lichtversterking in halfgeleiderlasers. Voor de nieuwe halfgeleiderlaser wordt algemeen aangenomen dat quantumwell de fundamentele drijvende kracht is achter de ontwikkeling van lasers. De vraag of kwantumdraden en -dots ten volle kunnen profiteren van kwantumeffecten heeft zich tot ver in deze eeuw uitgebreid. Wetenschappers hebben geëxperimenteerd met zelforganiserende structuren om kwantumdots in verschillende materialen te maken, en GaInN-kwantumdots zijn gebruikt in halfgeleiderlasers.

Transfer to partⅡ begrijpt de geschiedenis en toepassing ervan

Contactgegevens:

Heeft u ideeën, spreek ons ​​gerust aan. Waar onze klanten zich ook bevinden en wat onze eisen ook zijn, we zullen ons doel nastreven om onze klanten hoge kwaliteit, lage prijzen en de beste service te bieden.