Parimi i funksionimit dhe llojet kryesore tëlazer gjysmëpërçues
GjysmëpërçuesDiodat lazerike, me efikasitetin e tyre të lartë, miniaturizimin dhe diversitetin e gjatësisë së valës, përdoren gjerësisht si komponentë kryesorë të teknologjisë optoelektronike në fusha të tilla si komunikimi, kujdesi mjekësor dhe përpunimi industrial. Ky artikull prezanton më tej parimin e punës dhe llojet e lazerëve gjysmëpërçues, gjë që është e përshtatshme për referencën e përzgjedhjes së shumicës së studiuesve optoelektronikë.
1. Parimi i emetimit të dritës së lazerëve gjysmëpërçues
Parimi i lumineshencës së lazerëve gjysmëpërçues bazohet në strukturën e brezit, tranzicionet elektronike dhe emetimin e stimuluar të materialeve gjysmëpërçuese. Materialet gjysmëpërçuese janë një lloj materiali me një boshllëk brezi, i cili përfshin një brez valence dhe një brez përçueshmërie. Kur materiali është në gjendjen themelore, elektronet mbushin brezin e valencës ndërsa nuk ka elektrone në brezin e përçueshmërisë. Kur një fushë e caktuar elektrike aplikohet nga jashtë ose injektohet një rrymë, disa elektrone do të kalojnë nga brezi i valencës në brezin e përçueshmërisë, duke formuar çifte elektron-vrimë. Gjatë procesit të çlirimit të energjisë, kur këto çifte elektron-vrimë stimulohen nga bota e jashtme, do të gjenerohen fotone, domethënë lazerë.
2. Metodat e ngacmimit të lazerëve gjysmëpërçues
Kryesisht ekzistojnë tre metoda ngacmimi për lazerët gjysmëpërçues, përkatësisht lloji i injektimit elektrik, lloji i pompës optike dhe lloji i ngacmimit të rrezes së elektroneve me energji të lartë.
Lazerë gjysmëpërçues të injektuar elektrikisht: Në përgjithësi, ato janë dioda gjysmëpërçuese me kryqëzim sipërfaqësor të bëra nga materiale të tilla si arsenid galiumi (GaAs), sulfur kadmiumi (CdS), fosfid indiumi (InP) dhe sulfur zinku (ZnS). Ato ngacmohen duke injektuar rrymë përgjatë polarizimit të përparmë, duke gjeneruar emetim të stimuluar në rajonin e planit të kryqëzimit.
Lazerë gjysmëpërçues me pompë optike: Në përgjithësi, kristalet e vetme gjysmëpërçuese të tipit N ose P (si GaAS, InAs, InSb, etj.) përdoren si substancë pune, dhelazere emetuar nga lazerë të tjerë përdoret si ngacmim i pompuar optikisht.
Lazerët gjysmëpërçues të ngacmuar me rreze elektronike me energji të lartë: Në përgjithësi, ata përdorin gjithashtu kristale të vetme gjysmëpërçuese të tipit N ose P (si PbS, CdS, ZhO, etj.) si substancë pune dhe ngacmohen duke injektuar një rreze elektronike me energji të lartë nga jashtë. Ndër pajisjet lazer gjysmëpërçuese, ai me performancë më të mirë dhe zbatim më të gjerë është lazeri diodik GaAs i injektuar elektrikisht me një heterostrukturë të dyfishtë.
3. Llojet kryesore të lazerëve gjysmëpërçues
Rajoni Aktiv i një lazeri gjysmëpërçues është zona kryesore për gjenerimin dhe amplifikimin e fotoneve, dhe trashësia e tij është vetëm disa mikrometra. Strukturat e valëpërçuesve të brendshëm përdoren për të kufizuar përhapjen anësore të fotoneve dhe për të rritur dendësinë e energjisë (siç janë valëpërçuesit me kreshtë dhe hetero-lidhjet e varrosura). Lazeri përdor një dizajn të radiatorit të nxehtësisë dhe zgjedh materiale me përçueshmëri të lartë termike (siç është aliazhi bakër-tungsten) për shpërndarje të shpejtë të nxehtësisë, e cila mund të parandalojë zhvendosjen e gjatësisë së valës të shkaktuar nga mbinxehja. Sipas strukturës dhe skenarëve të aplikimit të tyre, lazerët gjysmëpërçues mund të klasifikohen në katër kategoritë e mëposhtme:
Lazer që lëshon skaje (EEL)
Lazeri del nga sipërfaqja e copëtimit në anën e çipit, duke formuar një njollë eliptike (me një kënd divergjence prej afërsisht 30°×10°). Gjatësitë tipike të valëve përfshijnë 808 nm (për pompim), 980 nm (për komunikim) dhe 1550 nm (për komunikim me fibra). Përdoret gjerësisht në prerjen industriale me fuqi të lartë, burimet e pompimit me lazer me fibra dhe rrjetet kryesore të komunikimit optik.
2. Lazer sipërfaqësor që lëshon zgavrën vertikale (VCSEL)
Lazeri emetohet pingul me sipërfaqen e çipit, me një rreze rrethore dhe simetrike (kënd divergjence <15°). Ai integron një reflektor të shpërndarë Bragg (DBR), duke eliminuar nevojën për një reflektor të jashtëm. Përdoret gjerësisht në sensorët 3D (siç është njohja e fytyrës në telefonat celularë), komunikimin optik me rreze të shkurtër (qendrat e të dhënave) dhe LiDAR.
3. Lazeri Kuantik i Kaskadës (QCL)
Bazuar në tranzicionin kaskadë të elektroneve midis puseve kuantike, gjatësia e valës mbulon diapazonin infra të kuq të mesëm deri në të largët (3-30 μm), pa pasur nevojë për inversion të popullatës. Fotonet gjenerohen përmes tranzicioneve ndër-nën-brezore dhe përdoren zakonisht në aplikime të tilla si ndjesia e gazit (siç është zbulimi i CO₂), imazhet teraherc dhe monitorimi mjedisor.
Dizajni i zgavrës së jashtme të lazerit të akordueshëm (grilë/prizëm/pasqyrë MEMS) mund të arrijë një gamë akordimi të gjatësisë së valës prej ±50 nm, me një gjerësi të ngushtë vije (<100 kHz) dhe një raport të lartë refuzimi të modalitetit anësor (>50 dB). Përdoret zakonisht në aplikime të tilla si komunikimi me multipleksim të dendur të gjatësisë së valës (DWDM), analiza spektrale dhe imazheria biomjekësore. Lazerët gjysmëpërçues përdoren gjerësisht në pajisjet lazer të komunikimit, pajisjet dixhitale të ruajtjes së lazerit, pajisjet e përpunimit të lazerit, pajisjet e shënimit dhe paketimit të lazerit, shtypjen dhe shtypjen me lazer, pajisjet mjekësore me lazer, instrumentet e zbulimit të distancës dhe kolimacionit me lazer, instrumentet dhe pajisjet lazer për argëtim dhe edukim, përbërësit dhe pjesët e lazerit, etj. Ato i përkasin përbërësve kryesorë të industrisë së lazerit. Për shkak të gamës së gjerë të aplikimeve, ekzistojnë marka dhe prodhues të shumtë të lazerëve. Kur bëhet një zgjedhje, duhet të bazohet në nevojat specifike dhe fushat e aplikimit. Prodhues të ndryshëm kanë aplikime të ndryshme në fusha të ndryshme, dhe përzgjedhja e prodhuesve dhe lazerëve duhet të bëhet sipas fushës aktuale të aplikimit të projektit.
Koha e postimit: 05 nëntor 2025