Ammatillinen tieto

Puolijohdelaser-diodit

2021-03-19
Laserit luokitellaan rakenteensa mukaan: FP, DFB, DBR, QW, VCSEL FP: Fabry-Perot, DFB: hajautettu palaute, DBR: hajautettu Bragg-heijastin, QW: kvanttikuoppa, VCSEL: pystysuora ontelo pintaheijastettu laser.
(1) Fabry-Perot (FP) -tyyppinen laserdiodi koostuu epitaksiaalisesti kasvatetusta aktiivisesta kerroksesta ja rajoittavasta kerroksesta aktiivisen kerroksen molemmilla puolilla, ja resonanssiontelo koostuu kahdesta kiteen halkeamistasosta ja aktiivisesta kerroksesta. voi olla N-tyyppiä, voi myös olla P-tyyppiä. Kaistavälierosta johtuvan heteroliitoksen esteen vuoksi aktiiviseen kerrokseen ruiskutetut elektronit ja aukot eivät voi hajota ja rajata ohueen aktiiviseen kerrokseen, joten pienikin virta kulkee, se on helppo toteuttaa. Toisaalta kapean kaistavälin aktiivisella kerroksella on suurempi taitekerroin kuin rajoituskerroksella, ja valo on keskittynyt alueelle, jolla on suuri korkotaso, joten se rajoittuu myös aktiiviseen kerrokseen. Kun aktiivisessa kerroksessa käänteisen bifurkaation muodostava sähkö-F siirtyy johtavuuskaistalta valenssikaistalle (tai epäpuhtaustasolle), fotonit yhdistetään reikiin fotonien emittoimiseksi, ja fotonit muodostuvat ontelossa, jossa on kaksi halkeamaa. lentokoneita. Eteenpäin suuntautuvaa heijastuksen etenemistä tehostetaan jatkuvasti optisen vahvistuksen saamiseksi. Kun optinen vahvistus on suurempi kuin resonanssiontelon häviö, laser säteilee ulospäin. Laser on pohjimmiltaan stimuloituja emittoiva optinen resonanssivahvistin.
(2) Hajautettu takaisinkytkentä (DFB) laserdiodi Suurin ero sen ja FP-tyypin laserdiodin välillä on, että siinä ei ole ontelopeilin tiivistettyä heijastusta, ja sen heijastusmekanismin tarjoaa Bragg-hila aktiivisen alueen aaltoputkessa, vain tyytyväinen Braggin sirontaperiaatteen aukko. Sen annetaan heijastua edestakaisin väliaineessa, ja laser ilmestyy, kun väliaine saavuttaa populaation inversion ja vahvistus täyttää kynnysehdon. Tällainen heijastusmekanismi on hienovarainen takaisinkytkentämekanismi, mistä johtuu nimi hajautettu palaute laserdiodi. Bragg-hilan taajuusselektiivisen toiminnon ansiosta sillä on erittäin hyvä yksivärisyys ja suuntaus; Lisäksi, koska se ei käytä peilinä kiteen pilkkomistasoa, se on helpompi integroida.
(3) Distributed Bragg (DBR) heijastinlaserdiodi Ero sen ja DFB-laserdiodin välillä on se, että sen jaksollinen kaivaus ei ole aktiivisen aaltoputken pinnalla, vaan passiivisessa aaltoputkessa aktiivisen kerroksen aaltoputken molemmilla puolilla, tämä esi- Passiivinen jaksollinen aallotettu aaltoputki toimii Braggin peilinä. Spontaanien emissiospektrissä vain valoaallot lähellä Braggin taajuutta voivat antaa tehokkaan palautteen. Aktiivisen aaltoputken vahvistusominaisuuksien ja passiivisen jaksollisen aaltoputken Bragg-heijastuksen ansiosta vain Braggin taajuuden lähellä oleva valoaalto voi täyttää värähtelyehdon ja lähettää siten laserin.
(4) Quantum Well (QW) laserdiodit Kun aktiivisen kerroksen paksuus pienennetään De Broglien aallonpituuteen (λ 50 nm) tai kun sitä verrataan Bohrin säteeseen (1-50 nm), puolijohteen ominaisuudet ovat perustavanlaatuinen. Muutoksilla, puolijohteen energiakaistarakenteella, kantoaallon liikkuvuusominaisuuksilla tulee uusi vaikutus - kvanttivaikutus, vastaavasta potentiaalikaivosta tulee kvanttikuivo. Kutsumme LD:tä superhilalla ja kvanttikuopparakenteella kvanttikuivon LD:ksi. Kantoaaltopotentiaalikaivoa LD kutsutaan yksikvanttikaivon (SQW) LD:ksi, ja kvanttikuivon LD:tä, jossa on n kantoaaltopotentiaalikaivoa ja (n+1) este, kutsutaan moniesivarauskaivoksi (MQW) LD. Kvanttikuoppalaserdiodilla on rakenne, jossa yleisen kaksoisheteroliitoksen (DH) laserdiodin aktiivisen kerroksen paksuus (d) on tehty kymmeniä nanometrejä tai vähemmän. Kvanttikuoppalaserdiodien etuna on alhainen kynnysvirta, korkea lämpötilatoiminta, kapea spektriviivan leveys ja korkea modulaationopeus.
(5) Pystysuoraa pintaa emittoiva laser (VCSEL) Sen aktiivinen alue sijaitsee kahden rajakerroksen välissä ja muodostaa kaksoisheteroliitoksen (DH) konfiguraation. Injektiovirran rajoittamiseksi aktiivisella alueella implantaatiovirta rajoitetaan kokonaan pyöreälle aktiiviselle alueelle haudattujen valmistustekniikoiden avulla. Sen onkalon pituus on haudattu DH-rakenteen pituussuuntaiseen pituuteen, yleensä 5 ~ 10 μm, ja sen onkalon kaksi peiliä eivät ole enää kiteen halkeamistasoa ja sen toinen peili on asetettu P-puolelle (avain Toinen peilin puoli on sijoitettu N-puolelle (substraatin puoli tai valontuoton puoli), jonka etuna on korkea valotehokkuus, erittäin alhainen työentalpia, korkea lämpötilastabiilisuus ja pitkä käyttöikä.