Lựa chọn nguồn laser lý tưởng: laser bán dẫn phát xạ cạnh Phần một

Lựa chọn lý tưởngnguồn laser: laser bán dẫn phát xạ cạnh
1. Giới thiệu
Laser bán dẫnchip được chia thành chip laser phát ra cạnh (EEL) và chip laser phát ra bề mặt khoang dọc (VCSEL) theo các quy trình sản xuất bộ cộng hưởng khác nhau và sự khác biệt về cấu trúc cụ thể của chúng được thể hiện trong Hình 1. So với laser phát ra bề mặt khoang dọc, cạnh phát triển công nghệ laser bán dẫn phát triển trưởng thành hơn, với dải bước sóng rộng, caoquang điệnhiệu suất chuyển đổi, công suất lớn và các ưu điểm khác, rất thích hợp cho xử lý laser, truyền thông quang học và các lĩnh vực khác. Hiện nay, laser bán dẫn phát cạnh là một phần quan trọng của ngành quang điện tử và các ứng dụng của chúng bao gồm ngành công nghiệp, viễn thông, khoa học, tiêu dùng, quân sự và hàng không vũ trụ. Với sự phát triển và tiến bộ của công nghệ, công suất, độ tin cậy và hiệu suất chuyển đổi năng lượng của laser bán dẫn phát ra cạnh đã được cải thiện rất nhiều và triển vọng ứng dụng của chúng ngày càng mở rộng.
Tiếp theo, tôi sẽ hướng dẫn bạn đánh giá cao hơn nữa sức hấp dẫn độc đáo của việc phát xạ bênlaser bán dẫn.

Hình 1 (trái) bên phát ra tia laser bán dẫn và (phải) sơ đồ cấu trúc bề mặt phát ra tia laser theo chiều dọc

2. Nguyên lý làm việc của chất bán dẫn phát xạ cạnhtia laze
Cấu trúc của laser bán dẫn phát cạnh có thể được chia thành ba phần sau: vùng hoạt động bán dẫn, nguồn bơm và bộ cộng hưởng quang. Khác với bộ cộng hưởng của laser phát xạ bề mặt khoang thẳng đứng (bao gồm gương Bragg trên và dưới), bộ cộng hưởng trong các thiết bị laser bán dẫn phát cạnh chủ yếu bao gồm các màng quang học ở cả hai mặt. Cấu trúc thiết bị EEL điển hình và cấu trúc bộ cộng hưởng được thể hiện trong Hình 2. Photon trong thiết bị laser bán dẫn phát xạ cạnh được khuếch đại bằng cách chọn chế độ trong bộ cộng hưởng và tia laser được hình thành theo hướng song song với bề mặt chất nền. Thiết bị laser bán dẫn phát cạnh có bước sóng hoạt động rộng và phù hợp với nhiều ứng dụng thực tế nên trở thành một trong những nguồn laser lý tưởng.

Các chỉ số đánh giá hiệu suất của laser bán dẫn phát cạnh cũng phù hợp với các laser bán dẫn khác, bao gồm: (1) bước sóng phát laser; (2) Dòng ngưỡng Ith, tức là dòng điện tại đó diode laser bắt đầu tạo ra dao động laser; (3) Dòng điện làm việc Iop, nghĩa là dòng điện điều khiển khi diode laser đạt công suất đầu ra định mức, thông số này được áp dụng để thiết kế và điều chế mạch điều khiển laser; (4) Hiệu quả độ dốc; (5) Góc phân kỳ dọc θ⊥; (6) Góc phân kỳ ngang θ∥; (7) Theo dõi dòng điện Im, tức là kích thước hiện tại của chip laser bán dẫn ở công suất đầu ra định mức.

3. Tiến độ nghiên cứu laser bán dẫn phát xạ biên dựa trên GaAs và GaN
Laser bán dẫn dựa trên vật liệu bán dẫn GaAs là một trong những công nghệ laser bán dẫn trưởng thành nhất. Hiện nay, laser bán dẫn phát cạnh hồng ngoại dải tần gần (760-1060nm) dựa trên GAAS đã được sử dụng rộng rãi trong thương mại. Là vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba sau Si và GaAs, GaN đã được quan tâm rộng rãi trong nghiên cứu khoa học và công nghiệp vì các tính chất vật lý và hóa học tuyệt vời của nó. Với sự phát triển của các thiết bị quang điện tử dựa trên GAN và nỗ lực của các nhà nghiên cứu, điốt phát sáng và laser phát sáng dựa trên GAN đã được công nghiệp hóa.