С быстрым прогрессом оптоэлектронных технологий полупроводниковые лазеры стали широко применяться в различных областях, таких как телекоммуникации, медицина, промышленная обработка и LiDAR, благодаря своей высокой эффективности, компактным размерам и простоте модуляции. В основе этой технологии лежит усиленная среда, которая играет абсолютно жизненно важную роль. Он служит «источником энергии», который позволяет стимулировать излучение и генерацию лазера, определяя производительность лазера, длину волны и потенциал применения.

1. Что такое средняя прибыль?

Как следует из названия, усиление среды является материалом, который обеспечивает оптическое усиление. При возбуждении внешними источниками энергии (например, электрическим впрыском или оптическим насосом), он усиливает падающий свет через механизм стимулированного излучения, что приводит к выходу лазера.

В полупроводниковых лазерах усиленная среда обычно состоит из активной области на P-N-соединении, состав материала, структура и методы допинга которого непосредственно влияют на ключевые параметры, такие как пороговый ток, длина волны эмиссии, эффективность и тепловые характеристики.

2. Общие материалы прибыли в полупроводниковых лазерах

III-V соединенные полупроводники являются наиболее часто используемыми усиливающими материалами. Типичные примеры включают:

①  GaAs (арсенид галлия)

Подходит для лазеров, излучающих в диапазоне 850-980 нм, широко используется в оптической связи и лазерной печати.

②  InP (фосфид индия)

Используется для излучения в диапазонах 1,3 мкм и 1,55 мкм, что имеет решающее значение для волоконно-оптической связи.

③  InGaAsP / AlGaAs / InGaN

Их композиции могут быть настроены для достижения различных длин волн, формируя основу для лазерных конструкций с настраиваемой длиной волны.

Эти материалы, как правило, имеют прямые полосные разрывы, что делает их высокоэффективными при рекомбинации электронных дыр с фотонным излучением, идеально подходящими для использования в полупроводниковой лазерной усиленной среде.

3. Эволюция структур прибыли

По мере прогресса технологий изготовления, структуры усиления в полупроводниковых лазерах эволюционировали от ранних гомосоединений к гетеросоединениям и далее к передовым квантовым скважинам и квантовым точечным конфигурациям.

①  ГетероJunction Gain Средний

Сочетая полупроводниковые материалы с различными пропускными диапазонами, носители и фотоны могут быть эффективно ограничены в определенных регионах, повышая эффективность усиления и снижая пороговый ток.

②  Структуры квантовых скважин

Сокращая толщину активной области до нанометрового масштаба, электроны ограничиваются двумя измерениями, значительно увеличивая эффективность радиационной рекомбинации. Это приводит к лазерам с более низкими пороговыми токами и лучшей тепловой стабильностью.

③  Структуры квантовых точек

Используя методы самосборки, образуются нулевомерные наноструктуры, обеспечивающие резкое распределение уровня энергии. Эти структуры предлагают улучшенные характеристики усиления и стабильность длины волны, что делает их исследовательской горячей точкой для высокопроизводительных полупроводниковых лазеров следующего поколения.

4. Что определяет средняя прибыль?

①  Длина волны эмиссии

Разрыв полосы материала определяет длину волны лазера. Например, InGaAs подходит для ближнего инфракрасного лазера, в то время как InGaN используется для синих или фиолетовых лазеров.

②  Эффективность и мощность

Мобильность носителя и скорость рекомбинации без радиации влияют на эффективность преобразования оптического в электрическое.

③  Термическая производительность

Различные материалы реагируют на изменения температуры различными способами, влияя на надежность лазера в промышленных и военных условиях.

④  Модуляционный ответ

Среда усиления влияет на скорость ответа лазера, что имеет решающее значение в высокоскоростных приложениях связи.

5. Вывод

В сложной структуре полупроводниковых лазеров усиленная среда по-настоящему является его «сердцем» - не только отвечает за генерирование лазера, но и за влияние на его срок службы, стабильность и сценарии применения. От выбора материалов до конструкции, от макроскопической производительности до микроскопических механизмов, каждый прорыв в усиленной среде приводит лазерную технологию к повышению производительности, более широкому применению и более глубокому исследованию.

Благодаря постоянному прогрессу в области науки о материалах и технологии нанопроизводства, ожидается, что будущая среда прибыли принесет более высокую яркость, более широкое покрытие длин волн и более умные лазерные решения, открывая больше возможностей для науки, промышленности и общества.