Optoelektronik teknolojisindeki hızlı ilerlemeyle birlikte, yarı iletken lazerler yüksek verimlilikleri, kompakt boyutları ve modülasyon kolaylıkları sayesinde telekomünikasyon, tıp, endüstriyel işleme ve LiDAR gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Bu teknolojinin özünde, son derece hayati bir rol oynayan kazanç ortamı yer almaktadır. Bu ortam,“enerji kaynağı”Bu, uyarılmış emisyonu ve lazer üretimini mümkün kılar ve lazeri belirler.'performansı, dalga boyu ve uygulama potansiyeli.
1. Kazanç Ortamı Nedir?
Adından da anlaşılacağı gibi, kazanç ortamı optik yükseltme sağlayan bir malzemedir. Harici enerji kaynakları (elektrik enjeksiyonu veya optik pompalama gibi) tarafından uyarıldığında, uyarılmış emisyon mekanizması yoluyla gelen ışığı yükselterek lazer çıkışına yol açar.
Yarı iletken lazerlerde, kazanç ortamı tipik olarak PN eklemindeki 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 Yaygın Kullanılan Kazanç Malzemeleri
III-V bileşik yarı iletkenler, en yaygın kullanılan kazanç malzemeleridir. Tipik örnekler şunlardır:
①GaAs (Galyum Arsenit)
850 MHz aralığında ışın yayan lazerler için uygundur.–980 nm aralığı, optik iletişim ve lazer baskıda yaygın olarak kullanılmaktadır.
②InP (İndiyum Fosfit)
Fiber optik iletişim için hayati önem taşıyan 1,3 µm ve 1,55 µm bantlarında emisyon için kullanılır.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Bileşimleri, farklı dalga boyları elde etmek için ayarlanabilir ve bu da ayarlanabilir dalga boylu lazer tasarımlarının temelini oluşturur.
Bu malzemeler tipik olarak doğrudan bant aralığı yapılarına sahiptir, bu da onları foton emisyonuyla elektron-delik rekombinasyonunda son derece verimli kılar ve yarı iletken lazer kazanç ortamında kullanım için ideal hale getirir.
3. Kazanç Yapılarının Evrimi
Üretim teknolojilerindeki gelişmelerle birlikte, yarı iletken lazerlerdeki kazanç yapıları, erken dönemdeki homojunctionlardan heterojunctionlara ve daha sonra gelişmiş kuantum kuyusu ve kuantum nokta konfigürasyonlarına doğru evrim geçirmiştir.
①Heteroeklem Kazanç Ortamı
Farklı bant aralıklarına sahip yarı iletken malzemelerin birleştirilmesiyle, taşıyıcılar ve fotonlar belirlenmiş bölgelerde etkili bir şekilde hapsedilebilir, bu da kazanç verimliliğini artırır ve eşik akımını azaltır.
②Kuantum Kuyu Yapıları
Aktif bölgenin kalınlığının nanometre ölçeğine indirilmesiyle, elektronlar iki boyutta hapsedilir ve bu da radyatif rekombinasyon verimliliğini önemli ölçüde artırır. Bu durum, daha düşük eşik akımlarına ve daha iyi termal kararlılığa sahip lazerler elde edilmesini sağlar.
③Kuantum Nokta Yapıları
Kendiliğinden birleşme teknikleri kullanılarak, keskin enerji seviyesi dağılımları sağlayan sıfır boyutlu nanoyapılar oluşturulmaktadır. Bu yapılar, gelişmiş kazanç özellikleri ve dalga boyu kararlılığı sunarak, yeni nesil yüksek performanslı yarı iletken lazerler için bir araştırma odağı haline gelmektedir.
4. Kazanç Ortamı Neyi Belirler?
①Emisyon Dalgaboyu
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 ışımasız yeniden birleşme oranları, optik-elektrik dönüşüm verimliliğini etkiler.
③Termal Performans
Farklı malzemeler sıcaklık değişimlerine çeşitli şekillerde tepki verir ve bu durum lazerin endüstriyel ve askeri ortamlardaki güvenilirliğini etkiler.
④Modülasyon Yanıtı
Kazanç ortamı lazeri etkiler.'Yüksek hızlı iletişim uygulamalarında kritik öneme sahip olan tepki hızı.
5. Sonuç
Yarı iletken lazerlerin karmaşık yapısında, kazanç ortamı gerçekten de onun "kalbi"dir.—Lazer ışınını üretmekle kalmayıp, ömrünü, kararlılığını ve uygulama senaryolarını da etkileyen bir rol oynar. Malzeme seçiminden yapısal tasarıma, makroskopik performanstan mikroskopik mekanizmalara kadar, kazanç ortamındaki her atılım, lazer teknolojisini daha yüksek performansa, daha geniş uygulamalara ve daha derin araştırmalara doğru 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 olanağın önünü açmak.
Yayın tarihi: 17 Temmuz 2025