Mat dem schnelle Fortschrëtt vun der optoelektronescher Technologie sinn Hallefleiterlaser a verschiddene Beräicher wéi Telekommunikatioun, Medizin, industriell Veraarbechtung a LiDAR wäit verbreet agesat ginn, dank hirer héijer Effizienz, kompakter Gréisst a liichter Modulatioun. Am Kär vun dëser Technologie läit de Verstärkungsmedium, deen eng absolut wichteg Roll spillt. Et déngt als ...„Energiequell"déi stimuléiert Emissioun a Lasergeneratioun erméiglecht, andeems de Laser bestëmmt gëtt's Leeschtung, Wellelängt a Applikatiounspotenzial.
1. Wat ass e Gain Medium?
Wéi den Numm et scho seet, ass e Verstärkungsmedium e Material, dat eng optesch Verstärkung bitt. Wann et duerch extern Energiequellen (wéi elektresch Injektioun oder optesch Pompelen) ugereegt gëtt, verstärkt et d'Afällend Liicht duerch de Mechanismus vun der stimuléierter Emissioun, wat zu enger Laserausgab féiert.
Bei Hallefleiterlaser besteet de Verstärkungsmedium typescherweis aus der aktiver Regioun um PN-Jerngang, där hir Materialzesummesetzung, Struktur an Dotiermethoden direkt Schlësselparameter wéi Schwellstroum, Emissiounswellelängt, Effizienz an thermesch Charakteristiken beaflossen.
2. Allgemeng Verstärkungsmaterialien a Hallefleiterlaser
III-V-Verbindungshalbleiter sinn déi am meeschte verbreet Verstärkungsmaterialien. Typesch Beispiller sinn:
①GaAs (Galliumarsenid)
Gëeegent fir Laser, déi am 850 emittéieren–980 nm Beräich, wäit verbreet an der optescher Kommunikatioun a Laserdrock.
②InP (Indiumphosphid)
Benotzt fir Emissioun an de 1,3 µm an 1,55 µm Bänner, entscheedend fir glasfaserkommunikatioun.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Hir Kompositioune kënnen ofgestëmmt ginn, fir verschidde Wellelängten z'erreechen, wat d'Basis fir Laserdesignen mat ofstëmmenbarer Wellelängt bildt.
Dës Materialien hunn typescherweis direkt Bandlückestrukturen, wouduerch se héich effizient bei der Elektron-Lach-Rekombinatioun mat Photonemissioun sinn, ideal fir d'Benotzung a Hallefleiterlaser-Verstärkungsmedium.
3. Evolutioun vu Gewënnstrukturen
Wéi d'Fabrikatiounstechnologien Fortschrëtter gemaach hunn, hunn sech d'Verstärkungsstrukturen an Hallefleiterlaser vun fréien Homojunctions zu Heterojunctions, a weider zu fortgeschrattene Quantebrunn- a Quantepunktkonfiguratiounen entwéckelt.
①Heterojunction Gewënn Medium
Duerch d'Kombinatioun vu Hallefleitmaterialien mat verschiddene Bandlücken kënnen Träger a Photonen effektiv an designéierte Regiounen agespaart ginn, wat d'Verstärkungseffizienz verbessert an de Schwellstroum reduzéiert.
②Quantebrunnenstrukturen
Duerch d'Reduktioun vun der Déckt vum aktiven Gebitt op d'Nanometerskala ginn d'Elektronen an zwou Dimensiounen agespaart, wat d'Effizienz vun der strahlender Rekombinatioun däitlech erhéicht. Dëst resultéiert a Laseren mat méi niddrege Schwellstréim a besserer thermescher Stabilitéit.
③Quantepunktstrukturen
Mat Hëllef vu Selbstassembléierungstechnike ginn nulldimensional Nanostrukture geformt, déi schaarf Energieniveauverdeelungen ubidden. Dës Strukturen bidden verbessert Verstärkungseigenschaften a Wellelängtestabilitéit, wat se zu engem Fuerschungshotspot fir héichperformant Hallefleiterlaser vun der nächster Generatioun mécht.
4. Wat bestëmmt de Gain Medium?
①Emissiounswellelängt
D'Bandlück vum Material bestëmmt de Laser's Wellelängt. Zum Beispill ass InGaAs gëeegent fir noen Infraroutlaser, während InGaN fir blo oder violett Laser benotzt gëtt.
②Effizienz & Kraaft
D'Mobilitéit vun den Träger an d'net-radiativ Rekombinatiounsraten beaflossen d'Konversiounseffizienz vun optesch an elektresch.
③Thermesch Leeschtung
Verschidde Materialien reagéieren op verschidde Weeër op Temperaturännerungen, wat d'Zouverlässegkeet vum Laser an industriellen a militäreschen Ëmfeld beaflosse kann.
④Modulatiounsäntwert
De Verstärkungsmedium beaflosst de Laser's Reaktiounsgeschwindegkeet, déi bei Héichgeschwindegkeetskommunikatiounsapplikatioune kritesch ass.
5. Schlussfolgerung
An der komplexer Struktur vu Hallefleederlaser ass de Verstärkungsmedium wierklech säin "Häerz"—net nëmme verantwortlech fir d'Generatioun vum Laser, mä och fir seng Liewensdauer, Stabilitéit a Applikatiounsszenarien ze beaflossen. Vun der Materialauswiel bis zum strukturellen Design, vun der makroskopescher Leeschtung bis zu de mikroskopesche Mechanismen, all Duerchbroch am Verstärkungsmedium dréit d'Lasertechnologie zu enger besserer Leeschtung, méi breeder Uwendungen a méi déifgräifender Exploratioun.
Mat de lafende Fortschrëtter an der Materialwëssenschaft an der Nanofabrikatiounstechnologie gëtt erwaart, datt zukünfteg Verstärkungsmedien eng méi héich Hellegkeet, eng méi breet Wellelängteofdeckung a méi intelligent Laserléisunge bréngen.—méi Méiglechkeeten fir d'Wëssenschaft, d'Industrie an d'Gesellschaft opmaachen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 17. Juli 2025