اختيار مصدر الليزر الأمثل: ليزر أشباه الموصلات ذو الانبعاث الحافي - الجزء الثاني

اختيار مثاليمصدر ليزر: انبعاث الحافةليزر أشباه الموصلاتالجزء الثاني

4. حالة تطبيق ليزرات أشباه الموصلات ذات الانبعاث الحافي
بفضل نطاق أطوال موجاتها الواسع وقدرتها العالية، تم تطبيق ليزرات أشباه الموصلات ذات الانبعاث الحافي بنجاح في العديد من المجالات مثل السيارات والاتصالات البصرية وليزرالعلاج الطبي. وفقًا لشركة Yole Developpement، وهي وكالة أبحاث سوقية عالمية مرموقة، سينمو سوق ليزر الحافة إلى الانبعاث إلى 7.4 مليار دولار أمريكي في عام 2027، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 13%. وسيستمر هذا النمو مدفوعًا بالاتصالات الضوئية، مثل الوحدات الضوئية والمضخمات وتطبيقات الاستشعار ثلاثي الأبعاد لنقل البيانات والاتصالات السلكية واللاسلكية. ولتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة، تم تطوير مخططات تصميم هيكل ليزر الحافة إلى الانبعاث (EEL) مختلفة في الصناعة، بما في ذلك: ليزر أشباه الموصلات Fabripero (FP)، وليزر أشباه الموصلات العاكس براغ الموزع (DBR)، وليزر أشباه الموصلات ذو التجويف الخارجي (ECL)، وليزر أشباه الموصلات ذو التغذية الراجعة الموزعة (ليزر DFB) ، ليزرات أشباه الموصلات ذات الشلال الكمي (QCL) ، وثنائيات الليزر ذات المساحة الواسعة (BALD).

مع تزايد الطلب على الاتصالات الضوئية، وتطبيقات الاستشعار ثلاثي الأبعاد، وغيرها من المجالات، يتزايد الطلب على ليزرات أشباه الموصلات. إضافةً إلى ذلك، تُسهم ليزرات أشباه الموصلات ذات الانبعاث الحافي وليزر أشباه الموصلات ذات الانبعاث السطحي في سدّ أوجه القصور لدى كلٍّ منهما في التطبيقات الناشئة، مثل:
(1) في مجال الاتصالات الضوئية، تُستخدم ليزرات الإلكترون ذات التغذية المرتدة الموزعة (DFB) المصنوعة من InGaAsP/InP بتردد 1550 نانومتر، وليزر فابري بيرو (Fabry Pero) المصنوع من InGaAsP/InGaP بتردد 1300 نانومتر، بشكل شائع لمسافات نقل تتراوح بين 2 و40 كيلومترًا وبمعدلات نقل تصل إلى 40 جيجابت في الثانية. مع ذلك، عند مسافات نقل تتراوح بين 60 و300 متر وسرعات نقل أقل، تسود ليزرات VCels المصنوعة من InGaAs وAlGaAs بتردد 850 نانومتر.
(2) تتميز ليزرات انبعاث السطح ذات التجويف الرأسي بمزايا الحجم الصغير والطول الموجي الضيق، لذلك فقد تم استخدامها على نطاق واسع في سوق الإلكترونيات الاستهلاكية، كما أن مزايا السطوع والطاقة لليزر أشباه الموصلات ذات الانبعاث الحافي تمهد الطريق لتطبيقات الاستشعار عن بعد ومعالجة الطاقة العالية.
(3) يمكن استخدام كل من ليزرات أشباه الموصلات ذات الانبعاث الحافي وليزر أشباه الموصلات ذات الانبعاث السطحي ذي التجويف الرأسي لتقنية liDAR قصيرة المدى ومتوسطة المدى لتحقيق تطبيقات محددة مثل اكتشاف النقاط العمياء والانحراف عن المسار.

5. التطوير المستقبلي
يتميز ليزر أشباه الموصلات ذو الانبعاث الحافي بموثوقية عالية، وصغر الحجم، وكثافة طاقة ضوئية عالية، وله آفاق تطبيق واسعة في الاتصالات الضوئية، وتقنية الليدار، والمجالات الطبية، وغيرها. ومع ذلك، ورغم نضج عملية تصنيع ليزر أشباه الموصلات ذي الانبعاث الحافي نسبيًا، فإنه لتلبية الطلب المتزايد في الأسواق الصناعية والاستهلاكية، من الضروري مواصلة تحسين التكنولوجيا والعملية والأداء وغيرها من جوانب هذا الليزر، بما في ذلك: تقليل كثافة العيوب داخل الرقاقة؛ وتبسيط إجراءات التصنيع؛ وتطوير تقنيات جديدة بديلة لعمليات قطع الرقاقات التقليدية باستخدام عجلة التجليخ والشفرة، والتي تُعدّ عرضةً لإدخال العيوب؛ وتحسين البنية الطبقية لزيادة كفاءة الليزر ذي الانبعاث الحافي؛ وخفض تكاليف التصنيع، وغيرها. إضافةً إلى ذلك، ونظرًا لأن ضوء الخرج من الليزر ذي الانبعاث الحافي يقع على الحافة الجانبية لرقاقة ليزر أشباه الموصلات، فإنه يصعب تحقيق تغليف رقائق صغيرة الحجم، لذا لا تزال عملية التغليف ذات الصلة بحاجة إلى مزيد من التطوير.