Օպտոէլեկտրոնային տեխնոլոգիաների արագ զարգացման շնորհիվ կիսահաղորդչային լազերները լայնորեն կիրառվել են տարբեր ոլորտներում, ինչպիսիք են հեռահաղորդակցությունը, բժշկությունը, արդյունաբերական մշակումը և LiDAR-ը՝ շնորհիվ իրենց բարձր արդյունավետության, կոմպակտ չափսերի և մոդուլյացիայի հեշտության: Այս տեխնոլոգիայի հիմքում ընկած է ուժեղացման միջավայրը, որը խաղում է բացարձակապես կենսական դեր: Այն ծառայում է որպես...«էներգիայի աղբյուր«որը հնարավորություն է տալիս խթանված ճառագայթման և լազերի առաջացման, որոշելով լազերը«կատարողականը, ալիքի երկարությունը և կիրառման ներուժը։
1. Ի՞նչ է ուժեղացման միջավայրը։
Ինչպես անունն է հուշում, ուժեղացման միջավայրը նյութ է, որն ապահովում է օպտիկական ուժեղացում: Երբ այն գրգռվում է արտաքին էներգիայի աղբյուրներով (օրինակ՝ էլեկտրական ներարկումով կամ օպտիկական պոմպով), այն ուժեղացնում է միջադեպային լույսը խթանված ճառագայթման մեխանիզմի միջոցով, ինչը հանգեցնում է լազերային ելքի:
Կիսահաղորդչային լազերներում ուժեղացման միջավայրը սովորաբար կազմված է PN միացման ակտիվ շրջանից, որի նյութական կազմը, կառուցվածքը և խառնուրդի մեթոդները անմիջականորեն ազդում են այնպիսի հիմնական պարամետրերի վրա, ինչպիսիք են շեմային հոսանքը, ճառագայթման ալիքի երկարությունը, արդյունավետությունը և ջերմային բնութագրերը։
2. Կիսահաղորդչային լազերներում տարածված ուժեղացման նյութեր
III-V բարդ կիսահաղորդիչները ամենատարածված ուժեղացնող նյութերն են: Տիպիկ օրինակներն են՝
①GaAs (գալիումի արսենիդ)
Հարմար է 850-ում ճառագայթող լազերների համար–980 նմ տիրույթ, լայնորեն կիրառվում է օպտիկական կապի և լազերային տպագրության մեջ։
②InP (ինդիումի ֆոսֆիդ)
Օգտագործվում է 1.3 մկմ և 1.55 մկմ տիրույթներում ճառագայթման համար, որը կարևոր է օպտիկամանրաթելային կապի համար։
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Դրանց կազմը կարող է կարգավորվել՝ տարբեր ալիքի երկարություններ ստանալու համար, ինչը հիմք է հանդիսանում կարգավորվող ալիքի երկարությամբ լազերային նախագծերի համար։
Այս նյութերը սովորաբար առանձնանում են ուղիղ գոտիական բացվածքի կառուցվածքներով, ինչը դրանք դարձնում է բարձր արդյունավետ էլեկտրոնային անցք-ռոկումբացիայի և ֆոտոնային ճառագայթման դեպքում, ինչը իդեալական է կիսահաղորդչային լազերային ուժեղացման միջավայրում օգտագործման համար։
3. Աճի կառուցվածքների էվոլյուցիա
Արտադրության տեխնոլոգիաների զարգացմանը զուգընթաց, կիսահաղորդչային լազերների ուժեղացման կառուցվածքները զարգացել են վաղ հոմոմիացումներից մինչև հետերոմիացումներ, իսկ հետագայում՝ մինչև առաջադեմ քվանտային հորերի և քվանտային կետերի կոնֆիգուրացիաներ։
①Հետերոհանգույցի ուժեղացման միջավայր
Կիսահաղորդչային նյութերը տարբեր գոտիական բացերի հետ համատեղելով՝ կրիչներն ու ֆոտոնները կարող են արդյունավետորեն սահմանափակվել նշանակված տարածքներում՝ բարձրացնելով ուժեղացման արդյունավետությունը և նվազեցնելով շեմային հոսանքը։
②Քվանտային հորատանցքերի կառուցվածքներ
Ակտիվ շրջանի հաստությունը նանոմետրական մասշտաբով կրճատելով՝ էլեկտրոնները սահմանափակվում են երկու չափումներով, զգալիորեն բարձրացնելով ճառագայթային ռեկոմբինացիայի արդյունավետությունը։ Սա հանգեցնում է ավելի ցածր շեմային հոսանքներով և ավելի լավ ջերմային կայունությամբ լազերների ստացման։
③Քվանտային կետերի կառուցվածքներ
Ինքնահավաքման տեխնիկայի կիրառմամբ ձևավորվում են զրոյական չափի նանոկառուցվածքներ, որոնք ապահովում են էներգիայի մակարդակի սուր բաշխումներ: Այս կառուցվածքները առաջարկում են բարելավված ուժեղացման բնութագրեր և ալիքի երկարության կայունություն, ինչը դրանք դարձնում է հաջորդ սերնդի բարձր արդյունավետությամբ կիսահաղորդչային լազերների հետազոտական կենտրոն:
4. Ի՞նչ է որոշում gain medium-ը։
①Արտանետման ալիքի երկարություն
Նյութի արգելակային գոտին որոշում է լազերը«s ալիքի երկարությունը։ Օրինակ, InGaAs-ը հարմար է մոտ-ինֆրակարմիր լազերների համար, մինչդեռ InGaN-ը՝ կապույտ կամ մանուշակագույն լազերների համար։
②Արդյունավետություն և հզորություն
Կրողների շարժունակությունը և ոչ ճառագայթային ռեկոմբինացիայի արագությունները ազդում են օպտիկականից էլեկտրական փոխակերպման արդյունավետության վրա։
③Ջերմային կատարողականություն
Տարբեր նյութեր տարբեր ձևերով են արձագանքում ջերմաստիճանի փոփոխություններին, ինչը ազդում է լազերի հուսալիության վրա արդյունաբերական և ռազմական միջավայրերում։
④Մոդուլյացիայի արձագանք
Լազերի ուժգնացման միջավայրը ազդում է«արձագանքի արագությունը, որը կարևոր է բարձր արագությամբ կապի կիրառություններում։
5. Եզրակացություն
Կիսահաղորդչային լազերների բարդ կառուցվածքում ուժեղացման միջավայրը իսկապես դրա «սիրտն» է։—ոչ միայն պատասխանատու է լազերի ստեղծման, այլև դրա կյանքի տևողության, կայունության և կիրառման սցենարների վրա ազդելու համար: Նյութի ընտրությունից մինչև կառուցվածքային նախագծում, մակրոսկոպիկ կատարողականությունից մինչև մանրադիտակային մեխանիզմներ, ուժեղացման միջավայրի յուրաքանչյուր առաջընթաց լազերային տեխնոլոգիան մղում է դեպի ավելի մեծ կատարողականություն, ավելի լայն կիրառություններ և ավելի խորը ուսումնասիրություն:
Նյութագիտության և նանոարտադրության տեխնոլոգիայի շարունակական առաջընթացի շնորհիվ, ապագա ուժեղացման միջավայրը, ինչպես սպասվում է, կապահովի ավելի բարձր պայծառություն, ավելի լայն ալիքի երկարության ծածկույթ և ավելի խելացի լազերային լուծումներ։—բացահայտելով ավելի շատ հնարավորություններ գիտության, արդյունաբերության և հասարակության համար։
Հրապարակման ժամանակը. Հուլիս-17-2025