Ideaalse laserallika valik: servakiirgusega pooljuhtlaser. Esimene osa.

Ideaali valiklaserallikas: servakiirgusega pooljuhtlaser
1. Sissejuhatus
PooljuhtlaserKiibid jagunevad resonaatorite erinevate tootmisprotsesside järgi servakiirgavateks laserkiipideks (EEL) ja vertikaalsete õõnsuspindadega laserkiipideks (VCSEL) ning nende spetsiifilised struktuurilised erinevused on näidatud joonisel 1. Võrreldes vertikaalsete õõnsuspindadega laseriga on servakiirgavate pooljuhtlaserite tehnoloogia areng küpsem, laia lainepikkuste vahemikuga, kõrgeelektrooptilinemuundamise efektiivsus, suur võimsus ja muud eelised, väga sobiv lasertöötluseks, optiliseks sideks ja muudeks valdkondadeks. Praegu on servakiirgavad pooljuhtlaserid optoelektroonika tööstuse oluline osa ning nende rakendused on hõlmanud tööstust, telekommunikatsiooni, teadust, tarbijat, sõjandust ja lennundust. Tehnoloogia arengu ja edenemisega on servakiirgavate pooljuhtlaserite võimsus, töökindlus ja energia muundamise efektiivsus oluliselt paranenud ning nende rakendusväljavaated on üha laiemad.
Järgmisena juhendan teid külgkiirgamise ainulaadse võlu edasiarendamisel.pooljuhtlaserid.

Joonis 1 (vasakul) külgkiirgava pooljuhtlaseri ja (paremal) vertikaalse õõnsusega pinnakiirgava laseri struktuuriskeem

2. Äärmiselt emissiooniga pooljuhi tööpõhimõtelaser
Servakiirgusega pooljuhtlaseri struktuuri saab jagada järgmisteks kolmeks osaks: pooljuhtide aktiivpiirkond, pumpallikas ja optiline resonaator. Erinevalt vertikaalsete õõnsustega pinnakiirgusega laserite resonaatoritest (mis koosnevad ülemisest ja alumisest Braggi peeglist) koosnevad servakiirgusega pooljuhtlaserite resonaatorid peamiselt mõlemalt poolt optilistest kiledest. Tüüpiline EEL-seadme struktuur ja resonaatori struktuur on näidatud joonisel 2. Servakiirgusega pooljuhtlaseri footon võimendatakse resonaatoris moodi valiku abil ja laser on moodustatud substraadi pinnaga paralleelses suunas. Servakiirgusega pooljuhtlaseritel on lai töölainepikkuste vahemik ja need sobivad paljudeks praktilisteks rakendusteks, mistõttu neist saavad ideaalsed laserallikad.

Ääremitavate pooljuhtlaserite jõudluse hindamise indeksid on kooskõlas ka teiste pooljuhtlaseritega, sealhulgas: (1) laseri laserkiirguse lainepikkus; (2) lävivool Ith, st vool, mille juures laserdiood hakkab genereerima laseri võnkumist; (3) töövool Iop, st juhtvool, kui laserdiood saavutab nimiväljundvõimsuse, seda parameetrit rakendatakse laseri ajamiahela konstruktsioonile ja modulatsioonile; (4) kalde efektiivsus; (5) vertikaalne hajumisnurk θ⊥; (6) horisontaalne hajumisnurk θ∥; (7) voolu Im jälgimine, st pooljuhtlaserkiibi voolu suurus nimiväljundvõimsusel.

3. GaAs- ja GaN-põhiste servakiirgusega pooljuhtlaserite uurimistöö edusammud
GaAs-pooljuhtmaterjalil põhinev pooljuhtlaser on üks küpsemaid pooljuhtlaserite tehnoloogiaid. Praegu on GAAS-põhised lähiinfrapunakiirguse (760–1060 nm) servakiirgavad pooljuhtlaserid laialdaselt kaubanduslikult kasutusel. Kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalina pärast Si ja GaAs-i on GaN oma suurepäraste füüsikaliste ja keemiliste omaduste tõttu laialdaselt kasutust leidnud teadusuuringutes ja tööstuses. GAN-põhiste optoelektrooniliste seadmete väljatöötamise ja teadlaste pingutustega on GAN-põhised valgusdioodid ja servakiirgavad laserid tööstuslikult kasutusele võetud.