ຫຼັກການເຮັດວຽກ ແລະ ປະເພດຫຼັກຂອງເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳ

ຫຼັກການເຮັດວຽກແລະປະເພດຕົ້ນຕໍຂອງມັນເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳ

ເຊມິຄອນດັກເຕີໄດໂອດເລເຊີ, ດ້ວຍປະສິດທິພາບສູງ, ການຫຍໍ້ຂະໜາດ ແລະ ຄວາມຫຼາກຫຼາຍຂອງຄວາມຍາວຄື້ນ, ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງເປັນອົງປະກອບຫຼັກຂອງເຕັກໂນໂລຊີອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການສື່ສານ, ການດູແລທາງການແພດ ແລະ ການປຸງແຕ່ງອຸດສາຫະກໍາ. ບົດຄວາມນີ້ແນະນໍາຫຼັກການເຮັດວຽກ ແລະ ປະເພດຂອງເລເຊີເຄິ່ງຕົວນໍາ, ເຊິ່ງສະດວກສໍາລັບການອ້າງອີງການຄັດເລືອກຂອງນັກຄົ້ນຄວ້າອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກສ່ວນໃຫຍ່.

1. ຫຼັກການປ່ອຍແສງຂອງເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳ

ຫຼັກການການສ່ອງແສງຂອງເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳແມ່ນອີງໃສ່ໂຄງສ້າງແຖບ, ການຫັນປ່ຽນທາງອີເລັກໂຕຣນິກ ແລະ ການກະຕຸ້ນການປ່ອຍຂອງວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳ. ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳແມ່ນວັດສະດຸປະເພດໜຶ່ງທີ່ມີຊ່ອງຫວ່າງແຖບ, ເຊິ່ງປະກອບມີແຖບວາເລນສ໌ ແລະ ແຖບການນຳ. ເມື່ອວັດສະດຸຢູ່ໃນສະຖານະພື້ນດິນ, ເອເລັກຕຣອນຈະເຕີມເຕັມແຖບວາເລນສ໌ໃນຂະນະທີ່ບໍ່ມີເອເລັກຕຣອນຢູ່ໃນແຖບການນຳ. ເມື່ອສະໜາມໄຟຟ້າສະເພາະໃດໜຶ່ງຖືກນຳໃຊ້ພາຍນອກ ຫຼື ກະແສໄຟຟ້າຖືກສັກ, ເອເລັກຕຣອນບາງອັນຈະປ່ຽນຈາກແຖບວາເລນສ໌ໄປສູ່ແຖບການນຳ, ປະກອບເປັນຄູ່ຮູເອເລັກຕຣອນ. ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການປ່ອຍພະລັງງານ, ເມື່ອຄູ່ຮູເອເລັກຕຣອນສ໌ເຫຼົ່ານີ້ຖືກກະຕຸ້ນໂດຍໂລກພາຍນອກ, ໂຟຕອນ, ນັ້ນຄືເລເຊີ, ຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນ.

2. ວິທີການກະຕຸ້ນຂອງເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳ

ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນມີສາມວິທີການກະຕຸ້ນສໍາລັບເລເຊີເຄິ່ງຕົວນໍາ, ຄືປະເພດການສີດໄຟຟ້າ, ປະເພດປັ໊ມແສງ ແລະ ປະເພດການກະຕຸ້ນລໍາແສງເອເລັກຕຣອນພະລັງງານສູງ.

ເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ຖືກສີດໄຟຟ້າ: ໂດຍທົ່ວໄປ, ພວກມັນແມ່ນໄດໂອດຈຸດຕໍ່ພື້ນຜິວເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ເຮັດດ້ວຍວັດສະດຸເຊັ່ນ: ແກລຽມອາເຊໄນ (GaAs), ແຄດມຽມຊັນໄຟດ໌ (CdS), ອິນດຽມຟອສໄຟດ໌ (InP), ແລະ ສັງກະສີຊັນໄຟດ໌ (ZnS). ພວກມັນຖືກກະຕຸ້ນໂດຍການສີດກະແສໄຟຟ້າໄປຕາມໄບອັສທາງໜ້າ, ສ້າງການປ່ອຍແສງທີ່ຖືກກະຕຸ້ນໃນພາກພື້ນລະນາບຕໍ່.

ເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ຖືກສູບດ້ວຍແສງ: ໂດຍທົ່ວໄປ, ຜລຶກດຽວເຄິ່ງຕົວນຳປະເພດ N ຫຼື ປະເພດ P (ເຊັ່ນ GaAS, InAs, InSb, ແລະອື່ນໆ) ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນສານເຮັດວຽກ, ແລະເລເຊີປ່ອຍອອກມາຈາກເລເຊີອື່ນໆຖືກນໍາໃຊ້ເປັນການກະຕຸ້ນທີ່ຖືກສູບດ້ວຍແສງ.

ເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ຖືກກະຕຸ້ນດ້ວຍລຳແສງເອເລັກຕຣອນພະລັງງານສູງ: ໂດຍທົ່ວໄປ, ພວກມັນຍັງໃຊ້ຜລຶກດຽວເຄິ່ງຕົວນຳປະເພດ N ຫຼື ປະເພດ P (ເຊັ່ນ PbS, CdS, ZhO, ແລະອື່ນໆ) ເປັນສານເຮັດວຽກ ແລະ ຖືກກະຕຸ້ນໂດຍການສີດລຳແສງເອເລັກຕຣອນພະລັງງານສູງຈາກພາຍນອກ. ໃນບັນດາອຸປະກອນເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳ, ອັນທີ່ມີປະສິດທິພາບດີກວ່າ ແລະ ການນຳໃຊ້ທີ່ກວ້າງຂວາງກວ່າແມ່ນເລເຊີໄດໂອດ GaAs ທີ່ຖືກສີດດ້ວຍໄຟຟ້າທີ່ມີໂຄງສ້າງ heterostructure ສອງຊັ້ນ.

3. ປະເພດຫຼັກຂອງເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳ

ພາກພື້ນທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຂອງເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳແມ່ນພື້ນທີ່ຫຼັກສຳລັບການສ້າງໂຟຕອນ ແລະ ການຂະຫຍາຍ, ແລະ ຄວາມໜາຂອງມັນແມ່ນພຽງແຕ່ສອງສາມໄມໂຄຣແມັດເທົ່ານັ້ນ. ໂຄງສ້າງຄື້ນນຳທາງພາຍໃນຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອຈຳກັດການແຜ່ກະຈາຍດ້ານຂ້າງຂອງໂຟຕອນ ແລະ ເສີມຂະຫຍາຍຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ (ເຊັ່ນ: ຄື້ນນຳທາງສັນ ແລະ ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ຝັງຢູ່). ເລເຊີຮັບຮອງເອົາການອອກແບບອ່າງລະບາຍຄວາມຮ້ອນ ແລະ ເລືອກວັດສະດຸທີ່ມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງ (ເຊັ່ນ: ໂລຫະປະສົມທອງແດງ-ຕະກັງສະເຕນ) ສຳລັບການກະຈາຍຄວາມຮ້ອນຢ່າງໄວວາ, ເຊິ່ງສາມາດປ້ອງກັນການເລື່ອນຂອງຄວາມຍາວຄື້ນທີ່ເກີດຈາກຄວາມຮ້ອນເກີນໄປ. ອີງຕາມໂຄງສ້າງ ແລະ ສະຖານະການການນຳໃຊ້ຂອງມັນ, ເລເຊີເຄິ່ງຕົວນຳສາມາດຈັດປະເພດເປັນສີ່ປະເພດຕໍ່ໄປນີ້:

ເລເຊີປ່ອຍແສງຂອບ (EEL)

ເລເຊີຈະຖືກປ່ອຍອອກມາຈາກໜ້າຜິວທີ່ຕັດຢູ່ດ້ານຂ້າງຂອງຊິບ, ປະກອບເປັນຈຸດຮູບໄຂ່ (ມີມຸມແຕກປະມານ 30°×10°). ຄວາມຍາວຄື້ນທົ່ວໄປປະກອບມີ 808nm (ສຳລັບການສູບ), 980 nm (ສຳລັບການສື່ສານ), ແລະ 1550 nm (ສຳລັບການສື່ສານເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ). ມັນຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການຕັດອຸດສາຫະກໍາພະລັງງານສູງ, ແຫຼ່ງສູບເລເຊີເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ, ແລະເຄືອຂ່າຍກະດູກສັນຫຼັງການສື່ສານທາງແສງ.

2. ເລເຊີປ່ອຍແສງພື້ນຜິວແນວຕັ້ງ (VCSEL)

ເລເຊີຖືກປ່ອຍອອກມາໃນທິດທາງຕັ້ງສາກກັບໜ້າດິນຂອງຊິບ, ດ້ວຍລຳແສງຮູບວົງມົນ ແລະ ສົມມາດ (ມຸມເບຣກ <15°). ມັນປະສົມປະສານກັບຕົວສະທ້ອນ Bragg ແບບກະຈາຍ (DBR), ເຊິ່ງບໍ່ຈຳເປັນຕ້ອງໃຊ້ຕົວສະທ້ອນພາຍນອກ. ມັນຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການຮັບຮູ້ 3D (ເຊັ່ນ: ການຮັບຮູ້ໃບໜ້າໂທລະສັບມືຖື), ການສື່ສານທາງແສງໄລຍະສັ້ນ (ສູນຂໍ້ມູນ), ແລະ LiDAR.

3. ເລເຊີ Quantum Cascade (QCL)

ອີງຕາມການຫັນປ່ຽນແບບ cascade ຂອງເອເລັກຕຣອນລະຫວ່າງບໍ່ຄວອນຕຳ, ຄວາມຍາວຄື້ນກວມເອົາຊ່ວງກາງຫາອິນຟາເຣດໄກ (3-30 μm), ໂດຍບໍ່ຈຳເປັນຕ້ອງມີການປີ້ນປະຊາກອນ. ໂຟຕອນຖືກສ້າງຂຶ້ນຜ່ານການຫັນປ່ຽນລະຫວ່າງແຖບຍ່ອຍ ແລະ ຖືກນໍາໃຊ້ທົ່ວໄປໃນການນໍາໃຊ້ຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການຮັບຮູ້ອາຍແກັສ (ເຊັ່ນ: ການກວດຈັບ CO₂), ການຖ່າຍພາບເທຣາເຮີດ, ແລະ ການຕິດຕາມກວດກາສິ່ງແວດລ້ອມ.

4. ເລເຊີທີ່ສາມາດປັບແຕ່ງໄດ້

ການອອກແບບຊ່ອງພາຍນອກຂອງເລເຊີທີ່ສາມາດປັບແຕ່ງໄດ້ (ຕາຂ່າຍ/ປຣິຊຶມ/ກະຈົກ MEMS) ສາມາດບັນລຸລະດັບການປັບແຕ່ງຄວາມຍາວຄື້ນ ±50 nm, ມີຄວາມກວ້າງຂອງເສັ້ນແຄບ (<100 kHz) ແລະອັດຕາການປະຕິເສດຮູບແບບຂ້າງສູງ (>50 dB). ມັນຖືກນໍາໃຊ້ທົ່ວໄປໃນການນໍາໃຊ້ເຊັ່ນ: ການສື່ສານແບບມິຕິແບ່ງຄວາມຍາວຄື້ນໜາແໜ້ນ (DWDM), ການວິເຄາະສະເປກຕຣຳ, ແລະການສ້າງພາບຊີວະແພດ. ເລເຊີເຄິ່ງຕົວນໍາຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອຸປະກອນເລເຊີສື່ສານ, ອຸປະກອນເກັບຮັກສາເລເຊີດິຈິຕອນ, ອຸປະກອນປະມວນຜົນເລເຊີ, ອຸປະກອນໝາຍ ແລະ ຫຸ້ມຫໍ່ເລເຊີ, ການຈັດພິມ ແລະ ການພິມເລເຊີ, ອຸປະກອນການແພດເລເຊີ, ເຄື່ອງມືກວດຈັບໄລຍະຫ່າງ ແລະ ການເຊື່ອມໂຍງເລເຊີ, ເຄື່ອງມື ແລະ ອຸປະກອນເລເຊີສໍາລັບການບັນເທີງ ແລະ ການສຶກສາ, ອົງປະກອບ ແລະ ຊິ້ນສ່ວນເລເຊີ, ແລະອື່ນໆ. ພວກມັນເປັນອົງປະກອບຫຼັກຂອງອຸດສາຫະກໍາເລເຊີ. ເນື່ອງຈາກການນໍາໃຊ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ມີຫຼາຍຍີ່ຫໍ້ ແລະ ຜູ້ຜະລິດເລເຊີ. ເມື່ອເລືອກ, ມັນຄວນອີງໃສ່ຄວາມຕ້ອງການສະເພາະ ແລະ ຂົງເຂດການນໍາໃຊ້. ຜູ້ຜະລິດທີ່ແຕກຕ່າງກັນມີການນໍາໃຊ້ທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນຂົງເຂດຕ່າງໆ, ແລະ ການເລືອກຜູ້ຜະລິດ ແລະ ເລເຊີຄວນຈະເຮັດຕາມຂົງເຂດການນໍາໃຊ້ຕົວຈິງຂອງໂຄງການ.