Optoelektronik teknolojisinin hızla ilerlemesiyle birlikte, yarı iletken lazerler yüksek verimlilikleri, kompakt boyutları ve modülasyon kolaylığı sayesinde telekomünikasyon, tıp, endüstriyel işleme ve LiDAR gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu teknolojinin temelinde, son derece hayati bir rol oynayan kazanç ortamı yer almaktadır."enerji kaynağı”uyarılmış emisyon ve lazer üretimini mümkün kılan, lazeri belirleyen'performansı, dalga boyu ve uygulama potansiyeli.
1. Kazanç Ortamı Nedir?
Adından da anlaşılacağı gibi, kazanç ortamı optik amplifikasyon sağlayan bir malzemedir. Harici enerji kaynakları (elektriksel enjeksiyon veya optik pompalama gibi) tarafından uyarıldığında, uyarılmış emisyon mekanizmasıyla gelen ışığı yükselterek lazer çıkışına yol açar.
Yarı iletken lazerlerde, kazanç ortamı genellikle PN bağlantısındaki aktif bölgeden oluşur ve bu bölgenin malzeme bileşimi, yapısı ve katkılama yöntemleri, eşik akımı, emisyon dalga boyu, verimlilik ve termal özellikler gibi temel parametreleri doğrudan etkiler.
2. Yarı İletken Lazerlerde Ortak Kazanç Malzemeleri
III-V bileşik yarı iletkenler en yaygın kullanılan kazanç malzemeleridir. Tipik örnekler şunlardır:
①GaAs (Galyum Arsenit)
850'de yayılan lazerler için uygundur–980 nm aralığı, optik haberleşmede ve lazer baskıda yaygın olarak kullanılır.
②InP (İndiyum Fosfür)
Fiber optik haberleşmelerde kritik öneme sahip 1,3 µm ve 1,55 µm bantlarında emisyon için kullanılır.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Kompozisyonları farklı dalga boylarına ulaşmak üzere ayarlanabilir ve bu da ayarlanabilir dalga boylu lazer tasarımlarının temelini oluşturur.
Bu malzemeler genellikle doğrudan bant aralığı yapılarına sahiptir ve bu da onları foton emisyonu ile elektron-delik rekombinasyonunda oldukça verimli hale getirir ve yarı iletken lazer kazanç ortamında kullanım için idealdir.
3. Kazanç Yapılarının Evrimi
Üretim teknolojileri ilerledikçe, yarı iletken lazerlerdeki kazanç yapıları erken homojunksiyonlardan heterojunksiyonlara ve daha sonra gelişmiş kuantum kuyusu ve kuantum nokta konfigürasyonlarına doğru evrimleşmiştir.
①Heterojonksiyon Kazancı Orta
Farklı bant aralıklarına sahip yarı iletken malzemelerin birleştirilmesiyle, taşıyıcılar ve fotonlar belirlenmiş bölgelerde etkili bir şekilde sınırlandırılabilir, bu da kazanç verimliliğini artırır ve eşik akımını azaltır.
②Kuantum Kuyu Yapıları
Aktif bölgenin kalınlığı nanometre ölçeğine düşürülerek, elektronlar iki boyuta hapsedilerek radyasyon rekombinasyon verimliliği önemli ölçüde artırılır. Bu sayede, daha düşük eşik akımlarına ve daha iyi termal kararlılığa sahip lazerler elde edilir.
③Kuantum Nokta Yapıları
Kendiliğinden birleşme teknikleri kullanılarak, keskin enerji seviyesi dağılımları sağlayan sıfır boyutlu nanoyapılar oluşturulur. Bu yapılar, gelişmiş kazanç özellikleri ve dalga boyu kararlılığı sunarak, onları yeni nesil yüksek performanslı yarı iletken lazerler için bir araştırma merkezi haline getirir.
4. Kazanç Ortamı Neyi Belirler?
①Emisyon Dalga Boyu
Malzemenin bant aralığı lazeri belirler'Örneğin, InGaAs yakın kızılötesi lazerler için uygunken, InGaN mavi veya mor lazerler için kullanılır.
②Verimlilik ve Güç
Taşıyıcı hareketliliği ve radyasyon dışı rekombinasyon oranları optik-elektriksel dönüşüm verimliliğini etkiler.
③Termal Performans
Farklı malzemeler sıcaklık değişimlerine farklı şekillerde tepki verir ve bu durum lazerin endüstriyel ve askeri ortamlardaki güvenilirliğini etkiler.
④Modülasyon Tepkisi
Kazanç ortamı lazeri etkiler'Yüksek hızlı iletişim uygulamalarında kritik öneme sahip olan tepki hızı.
5. Sonuç
Yarı iletken lazerlerin karmaşık yapısında, kazanç ortamı gerçek anlamda onun "kalbidir"—Sadece lazerin üretiminden değil, aynı zamanda kullanım ömrünü, kararlılığını ve uygulama senaryolarını da etkilemekten sorumludur. Malzeme seçiminden yapısal tasarıma, makroskobik performanstan mikroskobik mekanizmalara kadar, kazanç ortamındaki her atılım, lazer teknolojisini daha yüksek performansa, daha geniş uygulamalara ve daha derinlemesine araştırmalara yönlendirmektedir.
Malzeme bilimi ve nano üretim teknolojisindeki sürekli gelişmelerle birlikte, gelecekteki kazanç ortamlarının daha yüksek parlaklık, daha geniş dalga boyu kapsamı ve daha akıllı lazer çözümleri sunması bekleniyor—bilim, endüstri ve toplum için daha fazla olasılığın kilidini açmak.
Gönderi zamanı: 17 Temmuz 2025