Dengan pesatnya kemajuan teknologi optoelektronik, laser semikonduktor telah banyak digunakan di berbagai bidang seperti telekomunikasi, kedokteran, pemrosesan industri, dan LiDAR, berkat efisiensinya yang tinggi, ukurannya yang ringkas, dan kemudahan modulasinya. Inti dari teknologi ini adalah media penguatan, yang memainkan peran yang sangat vital. Media ini berfungsi sebagai“sumber energi"yang memungkinkan emisi terstimulasi dan pembangkitan laser, menentukan laser'kinerja, panjang gelombang, dan potensi aplikasi.
1. Apa itu Gain Medium?
Sesuai namanya, media penguatan adalah material yang menghasilkan amplifikasi optik. Ketika dieksitasi oleh sumber energi eksternal (seperti injeksi listrik atau pemompaan optik), media ini memperkuat cahaya datang melalui mekanisme emisi terstimulasi, yang menghasilkan keluaran laser.
Pada laser semikonduktor, media penguatan biasanya tersusun dari daerah aktif pada sambungan PN, yang komposisi materialnya, strukturnya, dan metode dopingnya secara langsung memengaruhi parameter utama seperti arus ambang batas, panjang gelombang emisi, efisiensi, dan karakteristik termal.
2. Material Penguatan Umum pada Laser Semikonduktor
Semikonduktor majemuk III-V adalah material penguat yang paling umum digunakan. Contoh-contoh umum meliputi:
1GaAs (Gallium Arsenida)
Cocok untuk laser yang memancarkan 850–Rentang 980 nm, banyak digunakan dalam komunikasi optik dan pencetakan laser.
2InP (Indium Fosfida)
Digunakan untuk emisi dalam pita 1,3 µm dan 1,55 µm, penting untuk komunikasi serat optik.
3InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Komposisi mereka dapat disesuaikan untuk mencapai panjang gelombang yang berbeda, membentuk dasar untuk desain laser panjang gelombang yang dapat disesuaikan.
Bahan-bahan ini biasanya memiliki struktur celah pita langsung, yang membuatnya sangat efisien dalam rekombinasi lubang elektron dengan emisi foton, ideal untuk digunakan dalam media penguatan laser semikonduktor.
3. Evolusi Struktur Keuntungan
Seiring kemajuan teknologi fabrikasi, struktur penguatan dalam laser semikonduktor telah berevolusi dari homojunction awal menjadi heterojunction, dan selanjutnya ke konfigurasi sumur kuantum dan titik kuantum tingkat lanjut.
1Penguatan Heterojunction Sedang
Dengan menggabungkan bahan semikonduktor dengan celah pita yang berbeda, pembawa dan foton dapat dibatasi secara efektif di wilayah yang ditentukan, meningkatkan efisiensi penguatan dan mengurangi arus ambang batas.
2Struktur Sumur Kuantum
Dengan mengurangi ketebalan daerah aktif ke skala nanometer, elektron terkurung dalam dua dimensi, sehingga meningkatkan efisiensi rekombinasi radiatif secara signifikan. Hal ini menghasilkan laser dengan arus ambang batas yang lebih rendah dan stabilitas termal yang lebih baik.
3Struktur Titik Kuantum
Dengan menggunakan teknik perakitan mandiri, nanostruktur nol dimensi terbentuk, menghasilkan distribusi tingkat energi yang tajam. Struktur ini menawarkan karakteristik penguatan yang lebih baik dan stabilitas panjang gelombang, menjadikannya pusat penelitian untuk laser semikonduktor berkinerja tinggi generasi mendatang.
4. Apa yang Ditentukan oleh Media Penguatan?
1Panjang Gelombang Emisi
Celah pita material menentukan laser'panjang gelombang s. Misalnya, InGaAs cocok untuk laser inframerah dekat, sedangkan InGaN digunakan untuk laser biru atau ungu.
2Efisiensi & Daya
Mobilitas pembawa dan laju rekombinasi non-radiatif memengaruhi efisiensi konversi optik-ke-listrik.
3Kinerja Termal
Bahan yang berbeda merespons perubahan suhu dengan berbagai cara, yang memengaruhi keandalan laser di lingkungan industri dan militer.
4Respon Modulasi
Media penguatan mempengaruhi laser'Kecepatan respons, yang sangat penting dalam aplikasi komunikasi berkecepatan tinggi.
5. Kesimpulan
Dalam struktur laser semikonduktor yang kompleks, media penguatan benar-benar merupakan “jantungnya”—tidak hanya bertanggung jawab atas pembangkitan laser, tetapi juga memengaruhi masa pakai, stabilitas, dan skenario aplikasinya. Dari pemilihan material hingga desain struktural, dari kinerja makroskopis hingga mekanisme mikroskopis, setiap terobosan dalam media penguatan mendorong teknologi laser menuju kinerja yang lebih baik, aplikasi yang lebih luas, dan eksplorasi yang lebih mendalam.
Dengan kemajuan yang berkelanjutan dalam ilmu material dan teknologi nano-fabrikasi, media penguatan masa depan diharapkan akan menghasilkan tingkat kecerahan yang lebih tinggi, cakupan panjang gelombang yang lebih luas, dan solusi laser yang lebih cerdas.—membuka lebih banyak kemungkinan bagi sains, industri, dan masyarakat.
Waktu posting: 17-Jul-2025