Lựa chọn lý tưởngnguồn laser: laser bán dẫn phát xạ cạnh
1. Giới thiệu
Laser bán dẫnchip được chia thành chip laser phát xạ cạnh (EEL) và chip laser phát xạ bề mặt khoang dọc (VCSEL) theo các quy trình sản xuất khác nhau của bộ cộng hưởng và sự khác biệt về cấu trúc cụ thể của chúng được thể hiện trong Hình 1. So với laser phát xạ bề mặt khoang dọc, sự phát triển công nghệ laser bán dẫn phát xạ cạnh đã trưởng thành hơn, với phạm vi bước sóng rộng, caođiện quanghiệu suất chuyển đổi, công suất lớn và các ưu điểm khác, rất phù hợp cho xử lý laser, truyền thông quang học và các lĩnh vực khác. Hiện nay, laser bán dẫn phát xạ cạnh là một phần quan trọng của ngành công nghiệp quang điện tử và các ứng dụng của chúng đã bao phủ 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 xạ cạnh đã được cải thiện rất nhiều và triển vọng ứng dụng của chúng ngày càng rộng rãi hơn.
Tiếp theo, tôi sẽ dẫn bạn đi sâu hơn để đánh giá cao sự quyến rũ độc đáo của phát xạ bênlaser bán dẫn.
Hình 1 (bên trái) sơ đồ cấu trúc laser bán dẫn phát xạ và (bên phải) sơ đồ cấu trúc laser phát xạ bề mặt khoang thẳng đứng
2. Nguyên lý hoạt động của bán dẫn phát xạ cạnhtia laze
Cấu trúc của laser bán dẫn phát xạ 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 (được cấu thành từ gương Bragg ở trên và dưới), bộ cộng hưởng trong các thiết bị laser bán dẫn phát xạ cạnh chủ yếu được cấu thành từ các màng quang học ở cả hai mặt. Cấu trúc thiết bị EEL và cấu trúc bộ cộng hưởng điển hình được thể hiện trong Hình 2. Photon trong thiết bị laser bán dẫn phát xạ cạnh được khuếch đại bằng cách lựa chọn chế độ trong bộ cộng hưởng và laser được hình thành theo hướng song song với bề mặt chất nền. Các thiết bị laser bán dẫn phát xạ cạnh có phạm vi bước sóng hoạt động rộng và phù hợp với nhiều ứng dụng thực tế, do đó chúng trở thành một trong những nguồn laser lý tưởng.
Các chỉ số đánh giá hiệu suất của laser bán dẫn phát xạ cạnh cũng phù hợp với các laser bán dẫn khác, bao gồm: (1) bước sóng laser; (2) Dòng điện ngưỡng Ith, tức là dòng điện mà diode laser bắt đầu tạo ra dao động laser; (3) Dòng điện làm việc Iop, tức là dòng điện dẫn động khi diode laser đạt công suất đầu ra định mức, thông số này được áp dụng để thiết kế và điều chế mạch dẫn động laser; (4) Hiệu suất dốc; (5) Góc phân kỳ dọc θ⊥; (6) Góc phân kỳ ngang θ∥; (7) Theo dõi dòng điện Im, tức là kích thước dòng điện của chip laser bán dẫn ở công suất đầu ra định mức.
3. Tiến trình nghiên cứu laser bán dẫn phát xạ cạnh 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 băng tần gần hồng ngoại (760-1060 nm) 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 đặc tính 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, các điốt phát sáng dựa trên GAN và laser phát cạnh đã được công nghiệp hóa.
Thời gian đăng: 16-01-2024