Zer da laser erdieroalea?

1962an munduko lehen laser erdieroalea asmatu zenetik, laser erdieroaleak aldaketa izugarriak izan ditu, beste zientzia eta teknologia batzuen garapena asko bultzatuz, eta XX. Azken hamar urteotan, erdieroaleen laserrak azkarrago garatu dira eta munduan hazten ari den laser teknologia azkarrena bihurtu da. Laser erdieroaleen aplikazio sortak optoelektronikaren eremu osoa hartzen du eta gaur egungo optoelektronikaren zientziaren oinarrizko teknologia bihurtu da. Tamaina txikia, egitura sinplea, sarrerako energia baxua, bizitza luzea, modulazio erraza eta prezio baxuaren abantailengatik, erdieroaleen laserrak oso erabiliak dira optoelektronikaren arloan eta oso estimatuak izan dira mundu osoko herrialdeek.

laser erdieroalea
A laser erdieroalealanerako substantzia gisa banda zuzeneko banda-hutsuneko material erdieroale batez osatutako Pn juntura edo Pin juntura erabiltzen duen laser miniaturizatua da. Laser erdieroaleen laneko dozenaka material daude. Laser bihurtu diren material erdieroaleak honako hauek dira: galio artsenuroa, indio artsenuroa, indio antimoniuroa, kadmio sulfuroa, kadmio telururoa, berun seleniuroa, berun telururoa, aluminio galio artsenuroa, indio fosforoa, artsenikoa, etab. Erdieroaleen hiru kitzikapen metodo nagusi daude. laserrak, hots, injekzio elektriko mota, ponpa optiko mota eta energia handiko elektroi izpiaren kitzikapen mota. Laser erdieroale gehienen kitzikapen-metodoa injekzio elektrikoa da, hau da, aurrerako tentsio bat aplikatzen zaio Pn junturari juntura-planoko eskualdean igorpen estimulatua sortzeko, hau da, aurrerako polaratutako diodo bat. Hori dela eta, laser erdieroaleei laser diodo erdieroaleei ere esaten zaie. Erdieroaleentzat, elektroiak energia-banden artean igarotzen direnez, energia-maila diskretuak baino, trantsizio-energia ez da balio zehatza, eta horrek erdieroaleen laserren irteerako uhin-luzera tarte zabalean zabaltzen du. barrutian. Igortzen dituzten uhin-luzerak 0,3 eta 34 μm bitartekoak dira. Uhin-luzera erabilitako materialaren energia-banda-hutsaren arabera zehazten da. Ohikoena AlGaAs heterojunkzio bikoitzeko laserra da, irteerako uhin-luzera 750-890 nm-koa duena.
Erdieroaleen laser fabrikazio teknologiak difusio metodotik fase likidoko epitaxia (LPE), lurrun faseko epitaxia (VPE), izpi molekularra epitaxia (MBE), MOCVD metodoa (metal organiko konposatu lurrun-deposizioa), izpi kimiko epitaxia (CBE) ). eta horien hainbat konbinazio. Erdieroaleen laserren desabantailarik handiena laserren errendimendua tenperaturak asko eragiten duela da, eta izpiaren dibergentzia angelua handia dela (normalean gradu gutxi batzuen eta 20 gradu artekoa), beraz, zuzenbide, monokromatiko eta koherentzia eskasa da. Hala ere, zientzia eta teknologiaren garapen azkarrarekin, laser erdieroaleen ikerketa sakoneraren norabidean aurrera doa eta laser erdieroaleen errendimendua etengabe hobetzen ari da. Erdieroaleen teknologia optoelektronikoa erdieroaleen laser erdieroalea ardatz gisa aurrerapen handiagoa egingo du eta protagonismo handiagoa izango du XXI. mendeko informazioaren gizartean.

Nola funtzionatzen dute erdieroaleen laserrak?
A laser erdieroaleaerradiazio-iturri koherentea da. Laser argia sor dezan, oinarrizko hiru baldintza bete behar dira:
1. Irabazi-baldintza: lasing-eko euskarrian (eskualde aktiboa) eramaileen inbertsio-banaketa ezartzen da. Erdieroalean, elektroiaren energia adierazten duen energia-banda etengabetik hurbil dauden energia-maila batzuek osatzen dute. Beraz, erdieroalean Populazio-inbertsioa lortzeko, energia altuko egoeraren eroale-bandaren behealdean dagoen elektroi-kopurua energia baxuko balentzia-bandaren goiko aldean dagoen zulo kopurua baino askoz handiagoa izan behar da. energia-banda bi eskualdeen arteko egoera. Heterojunkzioa aurrerantz alboratuta dago geruza aktiboan beharrezkoak diren eramaileak injektatzeko elektroiak kitzikatzeko energia txikiagoko balentzia-bandatik energia handiagoko eroale bandara. Igorpen estimulatua populazio-inbertsio-egoeran dauden elektroi kopuru handi bat zuloekin birkonbinatzen denean gertatzen da.
2. Estimulatutako erradiazio koherentea benetan lortzeko, estimulatutako erradiazioa hainbat aldiz elikatu behar da erresonatzaile optikoan laser oszilazioa sortzeko. Laser erresonadorea kristal erdieroalearen zatiketa naturalaren gainazalak ispilu gisa eratzen du, normalean argirik igortzen ez duen amaieran islada handiko geruza anitzeko film dielektriko batez estalita dago, eta argia igortzen duen gainazala anti-batez estalita dago. gogoeta filma. F-p barrunbea (Fabry-Perot barrunbea) laser erdieroalearentzat, F-p barrunbea erraz era daiteke kristalaren ebaketa-plano naturala p-n juntura-planoarekiko perpendikularra erabiliz.
3. Oszilazio egonkor bat osatzeko, laser bitartekoak nahikoa irabazi handia emateko gai izan behar du erresonadoreak eragindako galera optikoa eta barrunbearen gainazaletik laser irteerak eragindako galera konpentsatzeko, eta etengabe. handitu barrunbeko eremu optikoa. Honek nahikoa korronte injekzio indartsua behar du, hau da, populazio-inbertsio nahikoa dago, zenbat eta populazio-inbertsio-maila handiagoa izan, orduan eta irabazi handiagoa lortuko da, hau da, korronte-atalase baldintza jakin bat bete behar da. Laserra atarira iristen denean, uhin-luzera zehatz bat duen argiak barrunbean erresonantzia egin eta anplifikatu egin dezake, eta azkenean laser bat eratu eta etengabe irteten da. Laser erdieroaleetan, elektroien eta zuloen dipolo trantsizioa argiaren igorpenaren eta argiaren anplifikazioaren oinarrizko prozesua dela ikus daiteke. Laser erdieroale berrietarako, gaur egun, putzu kuantikoak laser erdieroaleen garapenerako oinarrizko eragileak direla onartzen da. Hari kuantikoak eta puntu kuantikoak efektu kuantikoei etekinik handiena atera diezaiekeen mende honetara hedatu da. Zientzialariak auto-antolatutako egiturak erabiltzen saiatu dira hainbat materialetan puntu kuantikoak egiteko, eta GaInN puntu kuantikoak laser erdieroaleetan erabili dira.

Laser erdieroaleen garapenaren historia
Thelaser erdieroaleak1960ko hamarkadaren hasierako homounction laserrak ziren, material batean fabrikatutako pn lotune-diodoak zirenak. Aurrerako korronte handiaren injekziopean, elektroiak etengabe injektatzen dira p eskualdean, eta zuloak etengabe injektatzen dira n eskualdean. Hori dela eta, eramailearen banaketaren inbertsioa jatorrizko pn lotunearen agortze eskualdean gauzatzen da. Elektroien migrazio-abiadura zuloena baino azkarragoa denez, erradiazioa eta birkonbinazioa gertatzen dira eskualde aktiboan, eta fluoreszentzia igortzen da. lasing, pultsuetan soilik funtziona dezakeen laser erdieroalea. Laser erdieroaleen garapenaren bigarren etapa heteroegituraren laser erdieroalea da, material erdieroaleen bi geruza mehez osatuta dagoen banda-hutsune ezberdinekin, hala nola GaAs eta GaAlAs, eta heteroegitura bakarreko laserra lehen aldiz agertu zen (1969). Heterojunkzio bakarreko injekzio-laserra (SHLD) GaAsP-N lotunearen p eskualdean dago atalasearen korronte-dentsitatea murrizteko, hau da, giza-unkzio-laserarena baino magnitude ordena txikiagoa dena, baina heterojunkzio bakarreko laserrak oraindik ezin du etengabe lan egin. giro-tenperatura.
1970eko hamarkadaren amaieratik aurrera, erdieroaleen laserrak bi norabidetan garatu dira, bata informazioan oinarritutako laser bat da, informazioa transmititzeko helburuarekin, eta bestea potentzian oinarritutako laser bat, potentzia optikoa handitzeko helburuarekin. Ponpatutako egoera solidoko laserrak, potentzia handiko erdieroaleen laserrak (100 mw baino gehiagoko etengabeko irteerako potentzia eta 5W baino gehiagoko pultsuen irteerako potentzia potentzia handiko erdieroaleen laserrak dei daitezke).
1990eko hamarkadan, aurrerapauso bat eman zen, eta horrek markatutako erdieroaleen laserren irteera-potentzia nabarmen handitu zen, potentzia handiko laser erdieroaleen merkaturatzea atzerrian kilowatt mailan eta etxeko lagin-gailuen irteera 600W-ra iritsi zen. Laser bandaren hedapenaren ikuspuntutik, lehenbiziko infragorrien laser erdieroaleak, 670nm-ko laser erdieroale gorriak, oso erabiliak izan ziren. Orduan, 650 nm eta 635 nm-ko uhin-luzerak agertzearekin batera, urdin-berdeak eta argi urdineko laser erdieroaleak ere arrakastaz garatu ziren bata bestearen atzetik. 10mW-eko ordenako laser erdieroale moreak eta baita ultramoreak ere garatzen ari dira. Azalera igortzen duten laserrak eta barrunbe bertikaleko gainazaleko laserrak azkar garatu dira 1990eko hamarkadaren amaieran, eta optoelektronika superparaleloan hainbat aplikazio kontuan hartu dira. 980nm, 850nm eta 780nm gailuak dagoeneko praktikoak dira sistema optikoetan. Gaur egun, barrunbe bertikaleko gainazaleko igorpen laserrak erabili dira Gigabit Ethernet abiadura handiko sareetan.

Laser erdieroaleen aplikazioak
Laser erdieroaleak lehenago heltzen diren eta azkarrago aurrera egiten duten laser klase bat dira. Uhin-luzera zabalagatik, ekoizpen sinpleagatik, kostu baxuagatik eta masa-ekoizpen errazagatik eta tamaina txikiagatik, pisu arinagatik eta bizitza luzeagatik, garapen azkarra dute barietate eta aplikazioetan. Sorta zabala, gaur egun 300 espezie baino gehiago.

1. Industrian eta teknologian aplikazioa
1) Zuntz optikoko komunikazioa.Laser erdieroaleazuntz optikoko komunikazio sistemarako argi-iturri praktiko bakarra da, eta zuntz optikoko komunikazioa komunikazio teknologia garaikidearen korronte nagusi bihurtu da.
2) Diskorako sarbidea. Disko optikoko memorian laser erdieroaleak erabili izan dira, eta bere abantailarik handiena soinu, testu eta irudi informazio kopuru handia gordetzen duela da. Laser urdin eta berdeen erabilerak disko optikoen biltegiratze-dentsitatea asko hobetu dezake.
3) Analisi espektrala. Infragorri urrutiko sintonizagarriak erdieroaleen laserrak inguruneko gasen analisian, airearen kutsadura kontrolatzen, automobilen ihesa, etab. erabili izan dira. Industrian erabil daiteke lurrun-gordaketaren prozesua kontrolatzeko.
4) Informazioaren tratamendu optikoa. Laser erdieroaleak informazio-sistema optikoetan erabili izan dira. Gainazalean igortzen duten laser erdieroaleen bi dimentsioko matrizeak argi-iturri aproposa dira prozesatzeko sistema optiko paraleloetarako, zeinak ordenagailuetan eta neurona-sare optikoetan erabiliko diren.
5) Laser mikrofabrikazioa. Q-switched laser erdieroaleek sortutako energia handiko argi-pultsu ultralabuen laguntzaz, zirkuitu integratuak moztu, zulatu, etab.
6) Laser alarma. Erdieroaleen laser alarmak asko erabiltzen dira, lapurreta-alarmak, ur-mailako alarmak, ibilgailuen distantzia-alarmak, etab.
7) Laser inprimagailuak. Potentzia handiko erdieroaleen laserrak laser inprimagailuetan erabili dira. Laser urdinak eta berdeak erabiltzeak asko hobetu ditzake inprimatzeko abiadura eta bereizmena.
8) Laser barra-kode eskanerra. Erdieroaleen laser barra-kode-eskanerrak oso erabiliak izan dira salgaien salmentan, eta liburuen eta artxiboen kudeaketan.
9) Egoera solidoko laserrak ponpatu. Hau potentzia handiko erdieroaleen laserren aplikazio garrantzitsua da. Jatorrizko atmosferako lanpara ordezkatzeko erabiltzeak egoera solido osoko laser sistema bat sor dezake.
10) Definizio handiko laser telebista. Etorkizun hurbilean, izpi katodiko hodirik gabeko laser erdieroaleek, laser gorri, urdin eta berdeak erabiltzen dituztenek, lehendik dauden telebistek baino ehuneko 20 energia gutxiago kontsumituko dutela kalkulatzen da.

2. Medikuntza eta bizitza zientzien ikerketan aplikazioak
1) Laser kirurgia.Laser erdieroaleakehun bigunen ablazioan, ehunen loturan, koagulazioan eta lurruntzean erabili dira. Teknika hau oso erabilia da kirurgia orokorrean, kirurgia plastikoan, dermatologian, urologian, obstetrizia eta ginekologian, etab.
2) Laser terapia dinamikoa. Tumorearekiko afinitatea duten substantzia fotosentikorrak minbizi-ehunean metatzen dira selektiboki, eta minbizi-ehuna laser erdieroale batekin irradiatzen da oxigeno-espezie erreaktiboak sortzeko, ehun osasuntsua kaltetu gabe nekrotikoa izan dadin.
3) Bizitza zientzien ikerketa. -ren "pintza optikoak" erabilizlaser erdieroaleak, zelula edo kromosoma biziak harrapatzea eta edozein posiziotara eramatea posible da. Zelulen sintesia eta zelulen elkarreraginaren azterketak sustatzeko erabili da, eta auzitegiko frogak biltzeko diagnostiko teknologia gisa ere erabil daiteke.