اختيار المثاليمصدر الليزر: ليزر أشباه الموصلات ذو الانبعاث الحافة
1. المقدمة
ليزر أشباه الموصلاتيتم تقسيم الرقائق إلى رقائق ليزر باعثة للحافة (EEL) ورقائق ليزر باعثة للسطح بالتجويف الرأسي (VCSEL) وفقًا لعمليات التصنيع المختلفة للمرنانات، وتظهر الاختلافات الهيكلية المحددة في الشكل 1. بالمقارنة مع ليزر باعث للسطح بالتجويف الرأسي، فإن تطوير تكنولوجيا ليزر أشباه الموصلات الباعثة للحافة أكثر نضجًا، مع نطاق واسع من الطول الموجي، وارتفاعكهروضوئيةتتميز ليزرات أشباه الموصلات المُصدرة للحواف بكفاءة تحويل عالية، وطاقة عالية، ومزايا أخرى، وهي مناسبة جدًا لمعالجة الليزر، والاتصالات البصرية، وغيرها من المجالات. في الوقت الحاضر، تُعدّ ليزرات أشباه الموصلات المُصدرة للحواف جزءًا مهمًا من صناعة الإلكترونيات البصرية، وتغطي تطبيقاتها قطاعات الصناعة، والاتصالات، والعلوم، والقطاعات الاستهلاكية، والقطاع العسكري، والفضاء الجوي. مع تطور التكنولوجيا وتقدمها، تحسنت قدرة ليزرات أشباه الموصلات المُصدرة للحواف وموثوقيتها وكفاءة تحويل الطاقة بشكل كبير، وأصبحت آفاق تطبيقاتها أوسع فأوسع.
بعد ذلك، سأقودك إلى تقدير السحر الفريد للانبعاث الجانبي بشكل أكبرليزرات أشباه الموصلات.
الشكل 1 (يسار) مخطط هيكل ليزر أشباه الموصلات الباعث للجانب و(يمين) مخطط هيكل ليزر الباعث للسطح ذي التجويف الرأسي
2. مبدأ عمل أشباه الموصلات ذات الانبعاث الحافةالليزر
يمكن تقسيم بنية ليزر أشباه الموصلات الباعث للحافة إلى ثلاثة أجزاء: المنطقة النشطة لأشباه الموصلات، ومصدر المضخة، والمرنان البصري. تختلف مرنانات ليزرات أشباه الموصلات الباعثة للحافة، بخلاف مرنانات ليزرات التجويف الرأسي الباعثة للسطح (والتي تتكون من مرايا براغ العلوية والسفلية)، عن مرنانات أجهزة ليزر أشباه الموصلات الباعثة للسطح، حيث تتكون بشكل أساسي من أغشية بصرية على كلا الجانبين. يوضح الشكل 2 البنية النموذجية لجهاز ليزر أشباه الموصلات الباعث للحافة وبنية المرنان. يتم تضخيم الفوتون في ليزر أشباه الموصلات الباعث للحافة باختيار الوضع في المرنان، ويتشكل الليزر في الاتجاه الموازي لسطح الركيزة. تتميز أجهزة ليزر أشباه الموصلات الباعثة للحافة بمجموعة واسعة من الأطوال الموجية التشغيلية، وهي مناسبة للعديد من التطبيقات العملية، مما يجعلها من مصادر الليزر المثالية.
تتوافق مؤشرات تقييم أداء ليزر أشباه الموصلات الباعثة للحافة أيضًا مع ليزر أشباه الموصلات الأخرى، بما في ذلك: (1) طول موجة الليزر؛ (2) تيار العتبة Ith، أي التيار الذي يبدأ عنده الصمام الثنائي الليزر في توليد تذبذب الليزر؛ (3) تيار العمل Iop، أي تيار القيادة عندما يصل الصمام الثنائي الليزر إلى طاقة الخرج المقدرة، يتم تطبيق هذه المعلمة على تصميم وتعديل دائرة محرك الليزر؛ (4) كفاءة المنحدر؛ (5) زاوية التباعد الرأسي θ⊥؛ (6) زاوية التباعد الأفقي θ∥؛ (7) مراقبة التيار Im، أي حجم التيار لشريحة الليزر أشباه الموصلات عند طاقة الخرج المقدرة.
3. التقدم البحثي في مجال ليزر أشباه الموصلات الباعثة للحافة القائمة على GaAs وGaN
يُعد ليزر أشباه الموصلات، المُصنَّع من مادة GaAs شبه الموصلة، من أكثر تقنيات ليزر أشباه الموصلات تطورًا. في الوقت الحالي، تُستخدم ليزرات أشباه الموصلات المُصدرة للحواف، القائمة على GAAS، في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (760-1060 نانومتر)، على نطاق واسع تجاريًا. وباعتبارها الجيل الثالث من مواد أشباه الموصلات بعد Si وGaAs، حظيت GaN باهتمام واسع في البحث العلمي والصناعة نظرًا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية الممتازة. ومع تطور الأجهزة الإلكترونية البصرية القائمة على GAN وجهود الباحثين، تم تصنيع الثنائيات الباعثة للضوء والليزرات المُصدرة للحواف القائمة على GAN.
وقت النشر: ١٦ يناير ٢٠٢٤