מה זה לייזרים מוליכים למחצה? (חלק Ⅱ)

לייזרים מוליכים למחצה שייך לסוג של לייזר במצב מוצק, הוא חומר מוליכים למחצה כמדיום הלייזר, לאזור מקור דיודה הזרקת זרם כמצב השאיבה של דיודת לייזר (קרינה מעוררת אלקטרונים להפקת אור). מבין כל סוגי הלייזרים, ללייזר המוליך למחצה יש את יעילות המרת האנרגיה הטובה ביותר (יעילות ההמרה האלקטרו-אופטית של רכיבי לייזר מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה המיושמים ישירות יכולה להגיע עד 60-70 אחוזים). זה יכול לשמש כמקור משאבת הליבה של לייזר סיבים, לייזר מוצק וסוגים אחרים של לייזר שאיבה אופטית, ולקדם את הפיתוח המהיר של טכנולוגיית לייזר סיבים ולייזר מוצק.(המשך עם חלק Ⅰ)

3. היסטוריית פיתוח של לייזר מוליכים למחצה

הלייזר המוליך למחצה בתחילת שנות ה-60 הוא לייזר צומת הומוגנית, שהוא דיודת צומת pn העשויה על סוג של חומר. תחת הזרקת הזרם קדימה, אלקטרונים מוזרקים ברציפות לאזור ה-P וחורים מוזרקים ברציפות לאזור ה-N. כתוצאה מכך, היפוך התפלגות הנשאים מתממש באזור דלדול ה-pn junction המקורי. מכיוון שמהירות נדידת האלקטרונים מהירה יותר ממהירות נדידת החורים, קרינה וריקומבינציה מתרחשת באזור הפעיל, פולטת פלואורסצנציה ולייזר מתרחש בתנאים מסוימים. זהו סוג של לייזר מוליכים למחצה שיכול לעבוד רק בצורה של דופק. השלב השני בפיתוח הלייזר מוליכים למחצה הוא לייזר מוליכים למחצה הטרומבנה, המורכב משתי שכבות דקות של חומרים מוליכים למחצה עם פערי פס שונים, כמו GaAs ו- GaAlAs. הלייזר ההטרו-מבנה היחיד הופיע לראשונה (1969). על מנת להפחית את צפיפות זרם הסף של צומת GaAsP-N, הערך של SHLD נמוך בסדר גודל אחד מזה של לייזר צומת הומוגנית, אך ה-SHLD עדיין לא יכול לפעול ברציפות בטמפרטורת החדר.

מאז סוף שנות ה-70, הלייזר המוליך למחצה מתפתח בשני כיוונים, האחד הוא לייזר המידע לצורך העברת מידע, והשני הוא לייזר הכוח לצורך שיפור ההספק האופטי. מונע על ידי יישום לייזר מוצק שאוב, לייזר מוליכים למחצה בהספק גבוה (הספק פלט רציף מעל 100mw, הספק פלט דופק מעל 5W, יכול להיקרא לייזר מוליכים למחצה בהספק גבוה).

התקדמות פורצת דרך נעשתה בשנות ה-90, בסימן עלייה משמעותית בהספק המוצא של לייזרים מוליכים למחצה. לייזרים מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה ברמות קילוואט הוסרו בחו"ל, והתפוקה של מכשירי מדגם מקומיים הגיעה ל-600W. אם מנקודת המבט של הרחבת פס הלייזר, הלייזר המוליך למחצה אינפרא אדום הראשון, ואחריו מספר גדול של לייזר מוליכים למחצה אדום 670nm לתוך היישום, ולאחר מכן, אורך גל 650nm, 635nm יצא, אור כחול, האור הכחול לייזר מוליכים למחצה פותח בהצלחה, לייזר מוליכים למחצה 10mW סגול ואפילו אולטרה סגול, הוא גם נמצא בפיתוח. בסוף שנות ה-90 פותחו במהירות לייזרים פולטי פני השטח ולייזרים פולטי-חלל אנכיים, ונשקלו יישומים רבים באופטו-אלקטרוניקה מקבילה במיוחד. התקני 980nm, 850nm ו-780nm שימשו במערכות אופטיות. נכון לעכשיו, נעשה שימוש בלייזרים הפולטים משטח אנכיים ברשתות Gigabit Ethernet במהירות גבוהה.

4. היישום של לייזר מוליכים למחצה

הלייזר המוליך למחצה בוגר מוקדם יותר, עם התקדמות מהירה יותר של מחלקה של לייזרים, בגלל טווח אורכי הגל הרחב שלו, הייצור הפשוט, העלות הנמוכה, ייצור המוני קל, ובגלל הגודל הקטן, קל המשקל, אורך החיים הארוך, ולכן, זנים של פיתוח מהיר , מגוון רחב של יישומים, יש יותר מ 300 סוגים.

1) יישום בתעשייה ובטכנולוגיה

① תקשורת סיבים אופטיים. הלייזר המוליך למחצה הוא מקור האור המעשי של מערכת תקשורת סיבים אופטיים. תקשורת סיבים אופטיים הפכה לזרם המרכזי של טכנולוגיית התקשורת העכשווית.

②גישה לדיסק אופטי. לייזרים מוליכים למחצה כבר נמצאים בשימוש בזיכרון דיסק אופטי, שיש לו יתרון של אחסון כמות גדולה של מידע על קול, טקסט ותמונות. שימוש בלייזרים כחולים וירוקים יכול לשפר מאוד את צפיפות האחסון של תקליטורים.

③ניתוח ספקטרלי. לייזר מוליכים למחצה מתכוונן אינפרא אדום רחוק שימש בניתוח גז סביבתי, ניטור זיהום אוויר, פליטת מכוניות וכן הלאה. זה יכול לשמש בתעשייה כדי לפקח על תהליך שקיעת הגז.

④עיבוד מידע אופטי. לייזרים מוליכים למחצה שימשו במערכות מידע אופטיות. מערך לייזר דו-ממדי של פליטת פני השטח הוא מקור אור אידיאלי למערכות עיבוד מקבילי אופטי, אשר ישמשו במחשבים וברשתות עצביות אופטיות.

⑤ מיקרו ייצור בלייזר. בעזרת לייזר האולטרה-שייר בעל האנרגיה הגבוהה המיוצר על ידי לייזר ה-Q switch semiconductor, ניתן לחתוך את המעגל המשולב, לנקב וכו'.

⑥ אזעקת לייזר. אזעקת לייזר מוליכים למחצה נמצאת בשימוש נרחב, כולל אזעקת פריצה, אזעקת מפלס מים, אזעקת מרחק מכונית וכו '.

⑦מדפסת לייזר. לייזרים מוליכים למחצה בהספק גבוה כבר נמצאים בשימוש במדפסות לייזר. שימוש בלייזרים כחולים וירוקים יכול לשפר מאוד את מהירות ההדפסה והרזולוציה.

⑧ סורק ברקוד לייזר. סורקי ברקוד לייזר מוליכים למחצה היו בשימוש נרחב במכירת סחורות, כמו גם בניהול ספרים וארכיונים.

⑨שאבו את הלייזר במצב מוצק. זהו יישום חשוב של לייזרים מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה, אשר ניתן להשתמש בהם כדי להחליף את מנורת האטמוספרה המקורית וליצור מערכת לייזר במצב מוצק.

⑩ טלוויזיית לייזר בחדות גבוהה. בעתיד הקרוב, ניתן יהיה להוציא לשוק מכשירי טלוויזיה לייזר מוליכים למחצה ללא שפופרות קתודיות, תוך שימוש בלייזרים אדומים, כחולים וירוקים שעל פי ההערכות צורכים 20 אחוז פחות חשמל ממכשירים קיימים.

2) יישומים במחקר רפואי ומדעי החיים

① ניתוח לייזר. לייזרים מוליכים למחצה שימשו לכריתת רקמות רכות, התקשרות רקמות, קרישה ואידוי. כירורגיה כללית, כירורגיה פלסטית, דרמטולוגיה, אורולוגיה, מיילדות, גינקולוגיה ועוד, נמצאים בשימוש נרחב בטכנולוגיה זו.

②טיפול דינמי בלייזר. החומרים הרגישים לאור שיש להם זיקה לגידול נאספים באופן סלקטיבי ברקמה הסרטנית, ורקמת הסרטן מוקרנת על ידי הלייזר המוליך למחצה כדי לייצר מיני חמצן תגובתיים, במטרה להפוך אותו לנמק מבלי לפגוע ברקמה הבריאה.

③ מחקר מדעי החיים. "פינצטה אופטית", המשתמשת בלייזרים מוליכים למחצה כדי לחטוף תאים חיים או כרומוזומים ולהזיז אותם לאן שהם רוצים, שימשו לשיפור סינתזת תאים, אינטראקציות בין תאים ואבחון משפטי

פרטי התקשרות:

אם יש לך רעיונות, אתה מוזמן לדבר איתנו. לא משנה היכן נמצאים הלקוחות שלנו ומהן הדרישות שלנו, אנו נפעל לפי המטרה שלנו לספק ללקוחותינו איכות גבוהה, מחירים נמוכים, והשירות הטוב ביותר.