Cù u rapidu avanzamentu di a tecnulugia optoelettronica, i laser à semiconduttori sò diventati largamente aduprati in vari campi cum'è e telecomunicazioni, a medicina, a trasfurmazione industriale è u LiDAR, grazia à a so alta efficienza, a so dimensione compatta è a so facilità di modulazione. À u core di sta tecnulugia si trova u mediu di guadagnu, chì ghjoca un rolu assolutamente vitale. Serve cum'è"fonte d'energia"chì permette l'emissione stimulata è a generazione di laser, determinendu u laser'Prestazioni, lunghezza d'onda è putenziale d'applicazione.
1. Chì ghjè un mediu di guadagnu?
Cum'è u nome suggerisce, un mezu di guadagnu hè un materiale chì furnisce amplificazione ottica. Quandu hè eccitatu da fonti d'energia esterne (cum'è l'iniezione elettrica o u pompaggio otticu), amplifica a luce incidente per mezu di u mecanismu di l'emissione stimulata, purtendu à una pruduzzione laser.
In i laser à semiconduttori, u mediu di guadagnu hè tipicamente cumpostu da a regione attiva à a giunzione PN, a cumpusizione di u materiale, a struttura è i metudi di doping anu un impattu direttu nantu à i parametri chjave cum'è a corrente di soglia, a lunghezza d'onda d'emissione, l'efficienza è e caratteristiche termiche.
2. Materiali di guadagnu cumuni in i laser semiconduttori
I semiconduttori cumposti III-V sò i materiali di guadagnu più cumunimenti usati. Esempi tipici includenu:
1GaAs (arseniuru di galliu)
Adattu per i laser chì emettenu in 850–Gamma di 980 nm, largamente aduprata in cumunicazioni ottiche è stampa laser.
2InP (Fosfuru d'Indiu)
Adupratu per l'emissione in e bande 1,3 µm è 1,55 µm, cruciale per e cumunicazioni in fibra ottica.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
E so cumpusizioni ponu esse aghjustate per ottene diverse lunghezze d'onda, chì custituiscenu a basa per i disinni laser à lunghezza d'onda aghjustabile.
Questi materiali presentanu tipicamente strutture di bandgap dirette, chì li rendenu assai efficienti in a ricombinazione elettrone-lacuna cù l'emissione di fotoni, ideale per l'usu in un mezu di guadagnu laser à semiconduttore.
3. Evoluzione di e strutture di guadagnu
Cù u prugressu di e tecnulugie di fabricazione, e strutture di guadagnu in i laser à semiconduttori anu evolutu da e prime omogiunzioni à l'eterogiunzioni, è ancu à cunfigurazioni avanzate di pozzi quantichi è punti quantichi.
1Guadagnu di l'eterogiunzione mediu
Cumbinendu materiali semiconduttori cù diverse lacune di banda, i purtatori è i fotoni ponu esse cunfinati efficacemente in regioni designate, aumentendu l'efficienza di guadagnu è riducendu a corrente di soglia.
2Strutture di Pozzi Quantici
Riducendu u spessore di a regione attiva à a scala nanometrica, l'elettroni sò cunfinati in duie dimensioni, aumentendu significativamente l'efficienza di a ricombinazione radiativa. Questu si traduce in laser cù currenti di soglia più basse è una migliore stabilità termica.
③Strutture di punti quantichi
Cù tecniche d'autoassemblaggio, si formanu nanostrutture zero-dimensionali, chì furniscenu distribuzioni precise di livelli d'energia. Queste strutture offrenu caratteristiche di guadagnu migliorate è stabilità di lunghezza d'onda, ciò chì li rende un puntu caldu di ricerca per i laser à semiconduttori d'alta prestazione di prossima generazione.
4. Chì determina u mediu di guadagnu ?
1Lunghezza d'onda di emissione
A banda proibita di u materiale determina u laser'lunghezza d'onda s. Per esempiu, InGaAs hè adattatu per i laser vicinu à l'infrarossu, mentre chì InGaN hè adupratu per i laser blu o violeti.
2Efficienza è putenza
A mobilità di i trasportatori è i tassi di ricombinazione non radiativa influenzanu l'efficienza di cunversione otticu-elettrica.
③Prestazione termica
Diversi materiali reagiscenu à i cambiamenti di temperatura in diversi modi, influenzendu l'affidabilità di u laser in ambienti industriali è militari.
④Risposta di Modulazione
U mediu di guadagnu influenza u laser'velocità di risposta, chì hè critica in l'applicazioni di cumunicazione à alta velocità.
5. Cunclusione
In a struttura cumplessa di i laser à semiconduttori, u mediu di guadagnu hè veramente u so "core".—micca solu rispunsevuli di a generazione di u laser, ma ancu di l'influenza di a so durata di vita, di a so stabilità è di i so scenarii d'applicazione. Da a selezzione di i materiali à u disignu strutturale, da e prestazioni macroscopiche à i meccanismi microscopichi, ogni svolta in u mediu di guadagnu porta a tecnulugia laser versu prestazioni più elevate, applicazioni più ampie è una esplorazione più profonda.
Cù i progressi cuntinui in a scienza di i materiali è a tecnulugia di nanofabbricazione, si prevede chì i mezi di guadagnu futuri porteranu una luminosità più elevata, una copertura di lunghezza d'onda più ampia è suluzioni laser più intelligenti.—aprendu più pussibilità per a scienza, l'industria è a sucietà.
Data di publicazione: 17 di lugliu di u 2025