U principiu di funziunamentu è i principali tipi dilaser à semiconduttore
SemiconduttoreDiodi laser, cù a so alta efficienza, miniaturizazione è diversità di lunghezza d'onda, sò largamente aduprati cum'è cumpunenti principali di a tecnulugia optoelettronica in campi cum'è a cumunicazione, l'assistenza medica è a trasfurmazione industriale. Questu articulu introduce ancu u principiu di funziunamentu è i tipi di laser à semiconduttore, chì hè cunveniente per a riferenza di selezzione di a maiò parte di i circadori optoelettronici.
1. U principiu di emissione di luce di i laser à semiconduttori
U principiu di luminescenza di i laser à semiconduttori hè basatu annantu à a struttura di banda, e transizioni elettroniche è l'emissione stimulata di i materiali semiconduttori. I materiali semiconduttori sò un tipu di materiale cù una banda proibita, chì include una banda di valenza è una banda di conduzione. Quandu u materiale hè in u statu fundamentale, l'elettroni riempienu a banda di valenza mentre ùn ci sò micca elettroni in a banda di conduzione. Quandu un certu campu elettricu hè applicatu esternamente o una corrente hè iniettata, alcuni elettroni passeranu da a banda di valenza à a banda di conduzione, furmendu coppie elettrone-lacunu. Durante u prucessu di liberazione di energia, quandu queste coppie elettrone-lacunu sò stimulate da u mondu esternu, i fotoni, vale à dì, i laser, saranu generati.
2. Metodi d'eccitazione di laser à semiconduttori
Ci sò principalmente trè metudi d'eccitazione per i laser à semiconduttori, vale à dì u tipu d'iniezione elettrica, u tipu di pompa ottica è u tipu d'eccitazione à fasciu elettronicu d'alta energia.
Laser à semiconduttori iniettati elettricamente: In generale, sò diodi di giunzione superficiale à semiconduttori fatti di materiali cum'è l'arseniuru di galliu (GaAs), u sulfuru di cadmiu (CdS), u fosfuru d'indiu (InP) è u sulfuru di zincu (ZnS). Sò eccitati iniettandu corrente longu a polarizazione diretta, generendu emissione stimulata in a regione di u pianu di giunzione.
Laser à semiconduttore pompati otticamente: In generale, i monocristalli semiconduttori di tipu N o di tipu P (cum'è GaAS, InAs, InSb, ecc.) sò aduprati cum'è sustanza di travagliu, è ulaseremessu da altri laser hè adupratu cum'è eccitazione pompata otticamente.
Laser à semiconduttore eccitati da un fasciu di elettroni à alta energia: In generale, utilizanu ancu monocristalli semiconduttori di tipu N o di tipu P (cum'è PbS, CdS, ZhO, ecc.) cum'è sustanza di travagliu è sò eccitati iniettandu un fasciu di elettroni à alta energia da l'esternu. Frà i dispositivi laser à semiconduttore, quellu cù prestazioni megliu è una applicazione più larga hè u laser à diodi GaAs iniettatu elettricamente cù una doppia eterostruttura.
3. I principali tipi di laser à semiconduttori
A Regione Attiva di un laser à semiconduttore hè a zona centrale per a generazione è l'amplificazione di fotoni, è u so spessore hè solu di pochi micrometri. E strutture di guida d'onda interne sò aduprate per limità a diffusione laterale di i fotoni è aumentà a densità di energia (cum'è e guide d'onda di cresta è l'eterogiunzioni interrate). U laser adotta un disignu di dissipatore di calore è selezziuna materiali ad alta conducibilità termica (cum'è a lega di rame-tungstenu) per una rapida dissipazione di u calore, chì pò impedisce a deriva di lunghezza d'onda causata da u surriscaldamentu. Sicondu a so struttura è i scenarii d'applicazione, i laser à semiconduttore ponu esse classificati in e seguenti quattru categurie:
Laser à emissione di bordi (EEL)
U laser hè emessu da a superficia di scissione à u latu di u chip, furmendu un puntu ellitticu (cù un angulu di divergenza di circa 30° × 10°). E lunghezze d'onda tipiche includenu 808 nm (per u pompaggio), 980 nm (per a cumunicazione) è 1550 nm (per a cumunicazione in fibra). Hè largamente utilizatu in u tagliu industriale d'alta putenza, e fonti di pompaggio laser in fibra è e rete dorsali di cumunicazione ottica.
2. Laser à Emissione Superficiale di Cavità Verticale (VCSEL)
U laser hè emessu perpendicularmente à a superficia di u chip, cù un fasciu circulare è simmetricu (angulu di divergenza <15°). Integra un riflettore Bragg distribuitu (DBR), eliminendu a necessità di un riflettore esternu. Hè largamente utilizatu in u rilevamentu 3D (cum'è u ricunniscimentu faciale di i telefoni cellulari), a cumunicazione ottica à corta distanza (centri di dati) è LiDAR.
3. Laser à Cascata Quantica (QCL)
Basatu annantu à a transizione in cascata di l'elettroni trà i Wells quantichi, a lunghezza d'onda copre a gamma da u mediu à u luntanu infrarossu (3-30 μm), senza bisognu di inversione di pupulazione. I fotoni sò generati per via di transizioni intersubbanda è sò cumunemente usati in applicazioni cum'è u rilevamentu di gas (cum'è a rilevazione di CO₂), l'imaghjini terahertz è u monitoraghju ambientale.
U disignu di a cavità esterna di u laser sintonizabile (reticulu/prisma/spechju MEMS) pò ottene una gamma di sintonizazione di lunghezza d'onda di ±50 nm, cù una larghezza di linea stretta (<100 kHz) è un altu rapportu di rigettu di modu laterale (>50 dB). Hè cumunamente utilizatu in applicazioni cum'è a cumunicazione à divisione di lunghezza d'onda densa (DWDM), l'analisi spettrale è l'imaghjini biomedica. I laser à semiconduttori sò largamente utilizati in dispositivi laser di cumunicazione, dispositivi di almacenamiento laser digitale, apparecchiature di trasfurmazione laser, apparecchiature di marcatura è imballaggio laser, composizione è stampa laser, apparecchiature mediche laser, strumenti di rilevazione di distanza è collimazione laser, strumenti è apparecchiature laser per divertimentu è educazione, cumpunenti è parti laser, ecc. Appartenenu à i cumpunenti principali di l'industria laser. A causa di a so vasta gamma di applicazioni, ci sò numerose marche è produttori di laser. Quandu si face una scelta, deve esse basata nantu à bisogni specifici è campi d'applicazione. Diversi produttori anu diverse applicazioni in vari campi, è a selezzione di produttori è laser deve esse fatta secondu u campu d'applicazione attuale di u prugettu.
Data di publicazione: 05 di nuvembre di u 2025