ຫຼັກການການເຮັດວຽກແລະປະເພດຕົ້ນຕໍຂອງເລເຊີ semiconductor

ຫຼັກການການເຮັດວຽກແລະປະເພດຕົ້ນຕໍຂອງເລເຊີ semiconductor

ເຊມິຄອນດັກເຕີໄດໂອດເລເຊີ, ດ້ວຍປະສິດທິພາບສູງຂອງເຂົາເຈົ້າ, miniaturization ແລະຄວາມຫຼາກຫຼາຍຂອງ wavelength, ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງເປັນອົງປະກອບຫຼັກຂອງເຕັກໂນໂລຊີ optoelectronic ໃນຂົງເຂດເຊັ່ນ: ການສື່ສານ, ການດູແລທາງການແພດແລະການປຸງແຕ່ງອຸດສາຫະກໍາ. ບົດຄວາມນີ້ແນະນໍາຕື່ມອີກກ່ຽວກັບຫຼັກການການເຮັດວຽກແລະປະເພດຂອງ lasers semiconductor, ເຊິ່ງສະດວກສໍາລັບການອ້າງອີງການຄັດເລືອກຂອງນັກຄົ້ນຄວ້າ optoelectronic ສ່ວນໃຫຍ່.

1. ຫຼັກ​ການ​ແສງ​ສະ​ຫວ່າງ​ຂອງ lasers semiconductor​

ຫຼັກການ luminescence ຂອງ lasers semiconductor ແມ່ນອີງໃສ່ໂຄງສ້າງແຖບ, ການຫັນປ່ຽນເອເລັກໂຕຣນິກແລະການກະຕຸ້ນການປ່ອຍອາຍພິດຂອງວັດສະດຸ semiconductor. ວັດສະດຸ semiconductor ແມ່ນປະເພດຂອງວັດສະດຸທີ່ມີ bandgap, ເຊິ່ງປະກອບມີແຖບ valence ແລະແຖບ conduction. ເມື່ອວັດສະດຸຢູ່ໃນສະພາບພື້ນດິນ, ເອເລັກໂຕຣນິກຕື່ມໃສ່ແຖບ valence ໃນຂະນະທີ່ບໍ່ມີເອເລັກໂຕຣນິກຢູ່ໃນແຖບ conduction. ເມື່ອສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ແນ່ນອນຖືກ ນຳ ໃຊ້ພາຍນອກຫຼືກະແສໄຟຟ້າຖືກສີດ, ບາງເອເລັກໂຕຣນິກຈະປ່ຽນຈາກແຖບ valence ໄປແຖບ conduction, ປະກອບເປັນຄູ່ electron-hole. ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການປ່ອຍພະລັງງານ, ໃນເວລາທີ່ຄູ່ electron-hole ເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຮັບການກະຕຸ້ນຈາກໂລກພາຍນອກ, photons, ນັ້ນແມ່ນ, lasers, ຈະຖືກຜະລິດ.

2. ວິທີການຕື່ນເຕັ້ນຂອງ lasers semiconductor

ສ່ວນໃຫຍ່ມີສາມວິທີການຕື່ນເຕັ້ນສໍາລັບ lasers semiconductor, ຄືປະເພດສີດໄຟຟ້າ, ປະເພດປັ໊ມ optical ແລະປະເພດ excitation beam electron ພະລັງງານສູງ.

ເລເຊີ semiconductor ທີ່ຖືກສີດດ້ວຍໄຟຟ້າ: ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ, ພວກມັນແມ່ນ diodes ດ້ານ semiconductor-junction ທີ່ເຮັດດ້ວຍວັດສະດຸເຊັ່ນ: gallium arsenide (GaAs), cadmium sulfide (CdS), indium phosphide (InP), ແລະ zinc sulfide (ZnS). ພວກເຂົາເຈົ້າມີຄວາມຕື່ນເຕັ້ນໂດຍການສີດກະແສຕາມຄວາມລໍາອຽງຕໍ່ຫນ້າ, ການສ້າງການປ່ອຍອາຍພິດທີ່ກະຕຸ້ນຢູ່ໃນພາກພື້ນຍົນ junction.

ເລເຊີ semiconductor ສູບ optically: ໂດຍທົ່ວໄປ, N-type ຫຼື P-type semiconductor ໄປເຊຍກັນດຽວ (ເຊັ່ນ GaAS, InAs, InSb, ແລະອື່ນໆ) ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນສານເຮັດວຽກ, ແລະ.ເລເຊີປ່ອຍອອກມາຈາກເລເຊີອື່ນໆແມ່ນໃຊ້ເປັນເຄື່ອງກະຕຸ້ນ optically pumped.

ເລເຊີ semiconductor beam ທີ່ມີພະລັງງານສູງ: ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ, ພວກເຂົາເຈົ້າຍັງໃຊ້ໄປເຊຍກັນ N-type ຫຼື P-type semiconductor (ເຊັ່ນ: PbS, CdS, ZhO, ແລະອື່ນໆ) ເປັນສານທີ່ເຮັດວຽກແລະມີຄວາມຕື່ນເຕັ້ນໂດຍການສີດສາຍໄຟຟ້າທີ່ມີພະລັງງານສູງຈາກພາຍນອກ. ໃນ​ບັນ​ດາ​ອຸ​ປະ​ກອນ laser semiconductor​, ຫນຶ່ງ​ທີ່​ມີ​ປະ​ສິດ​ທິ​ພາບ​ທີ່​ດີກ​ວ່າ​ແລະ​ການ​ນໍາ​ໃຊ້​ທີ່​ກວ້າງ​ຂວາງ​ແມ່ນ GaAs diode laser ສັກ​ໄຟ​ຟ້າ​ທີ່​ມີ heterostructure ສອງ​.

3. ປະເພດຕົ້ນຕໍຂອງ lasers semiconductor

ພາກພື້ນທີ່ຫ້າວຫັນຂອງເລເຊີ semiconductor ເປັນພື້ນທີ່ຫຼັກສໍາລັບການຜະລິດ photon ແລະການຂະຫຍາຍ, ແລະຄວາມຫນາຂອງມັນແມ່ນພຽງແຕ່ສອງສາມໄມໂຄແມັດ. ໂຄງສ້າງ waveguide ພາຍໃນແມ່ນຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຈໍາກັດການແຜ່ກະຈາຍທາງຂ້າງຂອງ photons ແລະເພີ່ມຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ (ເຊັ່ນ: waveguides ridges ແລະ heterojunctions ຝັງ). ເລເຊີໄດ້ຮັບຮອງເອົາການອອກແບບຊຸດລະບາຍຄວາມຮ້ອນ ແລະເລືອກອຸປະກອນການນໍາຄວາມຮ້ອນສູງ (ເຊັ່ນ: ໂລຫະປະສົມທອງແດງ-ເຕັນສະເຕນ) ສໍາລັບການກະຈາຍຄວາມຮ້ອນຢ່າງໄວວາ, ເຊິ່ງສາມາດປ້ອງກັນການລອຍຕົວຂອງຄວາມຍາວຄື້ນທີ່ເກີດຈາກຄວາມຮ້ອນເກີນ. ອີງຕາມໂຄງສ້າງແລະສະຖານະການຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງພວກເຂົາ, lasers semiconductor ສາມາດແບ່ງອອກເປັນສີ່ປະເພດດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:

Edge-Emitting Laser (EEL)

ເລເຊີແມ່ນຜົນຜະລິດຈາກດ້ານການແຕກແຍກຢູ່ດ້ານຂ້າງຂອງຊິບ, ປະກອບເປັນຈຸດຮູບຮີ (ມີມຸມແຍກປະມານ 30°×10°). ຄວາມຍາວຂອງຄື້ນທົ່ວໄປປະກອບມີ 808nm (ສໍາລັບການສູບ), 980 nm (ສໍາລັບການສື່ສານ), ແລະ 1550 nm (ສໍາລັບການສື່ສານເສັ້ນໄຍ). ມັນຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການຕັດອຸດສາຫະກໍາທີ່ມີພະລັງງານສູງ, ແຫຼ່ງທໍ່ laser ເສັ້ນໄຍ, ແລະເຄືອຂ່າຍກະດູກສັນຫຼັງການສື່ສານ optical.

2. Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL)

ເລເຊີຖືກປ່ອຍອອກຕາມລວງຂວາງກັບພື້ນຜິວຂອງຊິບ, ມີລໍາວົງກົມ ແລະ symmetrical (ມຸມ divergence <15°). ມັນປະສົມປະສານຕົວສະທ້ອນ Bragg ທີ່ແຈກຢາຍ (DBR), ກໍາຈັດຄວາມຕ້ອງການຂອງຕົວສະທ້ອນພາຍນອກ. ມັນຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການຮັບຮູ້ 3D (ເຊັ່ນ: ການຮັບຮູ້ໃບຫນ້າຂອງໂທລະສັບມືຖື), ການສື່ສານທາງແສງໄລຍະສັ້ນ (ສູນຂໍ້ມູນ), ແລະ LiDAR.

3. Quantum Cascade Laser (QCL)

ອີງຕາມການຫັນປ່ຽນ cascade ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກລະຫວ່າງ quantum Wells, wavelength ກວມເອົາໄລຍະກາງຫາໄກ-infrared (3-30 μm), ໂດຍບໍ່ມີການຕ້ອງການສໍາລັບການ inversion ປະຊາກອນ. ໂຟຕອນແມ່ນຖືກສ້າງຂຶ້ນໂດຍຜ່ານການປ່ຽນລະຫວ່າງແຖບຍ່ອຍ ແລະຖືກນໍາໃຊ້ທົ່ວໄປໃນແອັບພລິເຄຊັນເຊັ່ນ: ການຮັບຮູ້ອາຍແກັສ (ເຊັ່ນ: ການກວດຫາ CO₂), ການຖ່າຍຮູບ terahertz, ແລະການຕິດຕາມສິ່ງແວດລ້ອມ.

4. ເລເຊີທີ່ສາມາດປັບໄດ້

ການອອກແບບຢູ່ຕາມໂກນພາຍນອກຂອງເລເຊີທີ່ສາມາດປັບໄດ້ (grating/prism/MEMS mirror) ສາມາດບັນລຸລະດັບການປັບຄວາມຍາວຄື້ນຂອງ ±50 nm, ດ້ວຍເສັ້ນກວ້າງແຄບ (<100 kHz) ແລະອັດຕາສ່ວນການປະຕິເສດຂອງໂໝດຂ້າງຄຽງສູງ (>50 dB). ມັນຖືກນໍາໃຊ້ທົ່ວໄປໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກເຊັ່ນ: ການສື່ສານ division multiplexing (DWDM) ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ wavelength, ການວິເຄາະ spectral, ແລະຮູບພາບຊີວະພາບ. lasers semiconductor ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອຸປະກອນ laser ການສື່ສານ, ອຸປະກອນເກັບຮັກສາ laser ດິຈິຕອນ, ອຸປະກອນການປະມວນຜົນ laser, laser marking ແລະອຸປະກອນການຫຸ້ມຫໍ່, laser typesetting ແລະການພິມ, ອຸປະກອນການແພດ laser, ໄລຍະຫ່າງ laser ແລະ collimation ເຄື່ອງມືກວດຫາ, ເຄື່ອງມື laser ແລະອຸປະກອນສໍາລັບການບັນເທີງແລະການສຶກສາ, ອົງປະກອບ laser ແລະພາກສ່ວນ, ແລະອື່ນໆ.ພວກເຂົາເປັນອົງປະກອບຫຼັກຂອງອຸດສາຫະກໍາເລເຊີ. ເນື່ອງຈາກລະດັບຄວາມກ້ວາງຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ, ມີຍີ່ຫໍ້ຈໍານວນຫລາຍແລະຜູ້ຜະລິດ lasers. ໃນເວລາທີ່ເລືອກ, ມັນຄວນຈະອີງໃສ່ຄວາມຕ້ອງການສະເພາະແລະຂົງເຂດຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ. ຜູ້ຜະລິດທີ່ແຕກຕ່າງກັນມີຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນຂົງເຂດຕ່າງໆ, ແລະການຄັດເລືອກຜູ້ຜະລິດແລະ lasers ຄວນເຮັດຕາມພາກສະຫນາມຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຕົວຈິງຂອງໂຄງການ.