Iş prinsipi we esasy görnüşleriýarymýarym lazer
ÝarymgeçirijiLazer diodlaryÝokary netijeliligi, kiçileşdirilmegi we tolkun uzynlygynyň dürlüligi bilen aragatnaşyk, lukmançylyk kömegi we senagat gaýtadan işlemek ýaly ugurlarda optoelektron tehnologiýasynyň esasy bölekleri hökmünde giňden ulanylýar. Bu makala ýarymgeçiriji lazerleriň iş prinsipini we görnüşlerini has giňişleýin tanyşdyrýar, bu bolsa optoelektron barlagçylarynyň köpüsiniň saýlama salgylanmasy üçin amatlydyr.
1. Ýarymgeçiriji lazerleriň ýagtylyk çykaryş prinsipi
Ýarymgeçiriji lazerleriň lüminesensiýa prinsipi ýarymgeçiriji materiallaryň zolak gurluşyna, elektron geçişlerine we höweslendirilen emissiýasyna esaslanýar. Ýarymgeçiriji materiallar walent zolagyny we geçiriji zolagy öz içine alýan zolak aralygy bolan materialyň bir görnüşidir. Material esasy ýagdaýda bolanda, geçiriji zolakda elektronlar ýok wagty walent zolagyny doldurýar. Daşarky tarapa belli bir elektrik meýdany berlende ýa-da tok inýeksiýa edilende, käbir elektronlar walent zolagyndan geçiriji zolaka geçip, elektron-deşik jübütlerini emele getirýär. Energiýanyň bölünip çykmagynyň dowamynda, bu elektron-deşik jübütleri daşarky dünýä tarapyndan höweslendirilende, fotonlar, ýagny lazerler döreýär.
2. Ýarymgeçiriji lazerleriň oýarma usullary
Ýarymgeçiriji lazerler üçin esasan üç sany gozgatma usuly bar, ýagny elektrik inýeksiýa görnüşi, optiki nasos görnüşi we ýokary energiýaly elektron şöhlesiniň gozgatma görnüşi.
Elektrik inýeksiýasy bilen ulanylýan ýarymgeçiriji lazerler: Umuman, olar galliý arsenid (GaAs), kadmiý sulfid (CdS), indiý fosfid (InP) we sink sulfid (ZnS) ýaly materiallardan ýasalan ýarymgeçiriji ýüz birleşme diodlarydyr. Olar öňe tarap ylgaw boýunça tok inýeksiýasy arkaly gyjyndyrylýar we birleşme tekizligi sebitinde stimullaşdyrylan emissiýany döredýär.
Optiki nasosly ýarymgeçiriji lazerler: Umuman, işçi madda hökmünde N-tipli ýa-da P-tipli ýarymgeçiriji monokristallar (meselem, GaAS, InAs, InSb we ş.m.) ulanylýar welazerbeýleki lazerler tarapyndan çykarylýan şöhle optiki pompalanan gozgatma hökmünde ulanylýar.
Ýokary energiýaly elektron şöhlesi bilen oýandyrylan ýarymgeçiriji lazerler: Umuman, olar işçi madda hökmünde N-tipli ýa-da P-tipli ýarymgeçiriji monokristallary (meselem, PbS, CdS, ZhO we ş.m.) hem ulanýarlar we daşardan ýokary energiýaly elektron şöhlesini inýeksiýa etmek arkaly oýandyrylýarlar. Ýarymgeçiriji lazer enjamlarynyň arasynda has gowy öndürijilikli we giň ulanylyşlysy goşa geterostrukturaly elektrik inýeksiýaly GaAs diod lazeridir.
3. Ýarymgeçiriji lazerleriň esasy görnüşleri
Ýarymgeçiriji lazeriň işjeň sebiti fotonlaryň döremegi we güýçlendirilmegi üçin esasy meýdan bolup, onuň galyňlygy bary-ýogy birnäçe mikrometre deňdir. Içki tolkun geçiriji gurluşlar fotonlaryň gapdal diffuziýasyny çäklendirmek we energiýa dykyzlygyny ýokarlandyrmak üçin ulanylýar (meselem, gyra tolkun geçirijileri we gömülen geterogeçişler). Lazer ýylylyk siňdiriji dizaýnyny kabul edýär we gyzgynlygyň çalt ýaýramagy üçin ýokary ýylylyk geçirijilik materiallaryny (meselem, mis-wolfram garyndysy) saýlaýar, bu bolsa gyzgynlygyň ýüze çykmagy sebäpli tolkun uzynlygynyň süýşmeginiň öňüni alyp biler. Gurluşyna we ulanylyş senariýalaryna görä, ýarymgeçiriji lazerleri aşakdaky dört kategoriýa bölüp bolýar:
Gyra çykaryjy lazer (Ýel şöhlesi)
Lazer çipiň gapdalyndaky bölüniş ýüzünden çykarylýar we ellips görnüşli nokady emele getirýär (takmynan 30°×10° bölüniş burçy bilen). Adaty tolkun uzynlyklary 808nm (nasos üçin), 980 nm (aragatnaşyk üçin) we 1550 nm (süýümli aragatnaşyk üçin) öz içine alýar. Ol ýokary kuwwatly senagat kesişde, süýümli lazer nasos çeşmelerinde we optiki aragatnaşyk magistral ulgamlarynda giňden ulanylýar.
2. Dik boşlukly ýüz şöhle saçýan lazer (VCSEL)
Lazer çipiň ýüzüne perpendikulýar görnüşde, tegelek we simmetrik şöhle bilen şöhlelenýär (diwergensiýa burçy <15°). Ol paýlanan Bragg reflektoryny (DBR) birleşdirýär, bu bolsa daşarky reflektora zerurlygy aradan aýyrýar. Ol 3D duýgylarda (meselem, mobil telefonlaryň ýüz tanamak), gysga aralykly optiki aragatnaşykda (maglumat merkezlerinde) we LiDAR-da giňden ulanylýar.
3. Kwantum kaskad lazeri (QCL)
Kwantum guýularynyň arasyndaky elektronlaryň kaskad geçişine esaslanyp, tolkun uzynlygy orta we uzak infragyzyl diapazonyny (3-30 μm) öz içine alýar, bu bolsa ilat inwersiýasyna zerurlyk döretmeýär. Fotonlar kiçi zolaklar arasyndaky geçişler arkaly döredilýär we gaz duýmak (meselem, CO₂ anyklamak), terahers şekillerini çekmek we daşky gurşawyň gözegçiligi ýaly ulgamlarda giňden ulanylýar.
Sazlanyp bilýän lazeriň daşky boşluk dizaýny (gözenek/prizma/MEMS aýnasy) dar çyzyk giňligi (<100 kHz) we ýokary gapdal refleks gatnaşygy (>50 dB) bilen ±50 nm tolkun uzynlygyny sazlamak diapazonyna ýetip biler. Ol köplenç dykyz tolkun uzynlygyny bölmek multipleksleşdirme (DWDM) aragatnaşygy, spektral analiz we biolukmançylyk suratlandyrmasy ýaly ulgamlarda ulanylýar. Ýarymgeçiriji lazerler aragatnaşyk lazer enjamlarynda, sanly lazer saklaýyş enjamlarynda, lazer işläp bejeriş enjamlarynda, lazer bellikleme we gaplama enjamlarynda, lazer ýazuw we çap etmekde, lazer lukmançylyk enjamlarynda, lazer aralygyny we kollimasiýany anyklaýyş gurallarynda, güýmenje we bilim üçin lazer gurallarynda we enjamlarynda, lazer böleklerinde we böleklerinde giňden ulanylýar. Olar lazer senagatynyň esasy böleklerine degişlidir. Ulanylyşlarynyň giň gerimi sebäpli, lazerleriň köp sanly markalary we öndürijileri bar. Saýlamak üçin, ol anyk zerurlyklaryna we ulanylyş ugurlaryna esaslanmalydyr. Dürli öndürijileriň dürli ugurlarda dürli ulanylyşlary bar we öndürijileriň we lazerleriň saýlanmagy taslamanyň hakyky ulanylyş ugurlaryna laýyklykda amala aşyrylmalydyr.
Ýerleşdirilen wagty: 2025-nji ýylyň 5-nji noýabry