Desenvolvimento tecnológico de lasers semicondutores

Lasers semicondutoressão comumente conhecidos como diodos laser. Eles são chamados de lasers semicondutores porque usam materiais semicondutores como substância de trabalho. Os lasers semicondutores são compostos de módulos de laser semicondutores acoplados a fibra, dispositivos de combinação de feixes, cabos ópticos de transmissão de energia laser, sistemas de energia, sistemas de controle e estruturas mecânicas. A saída do laser é obtida sob a condução e monitoramento do sistema de fonte de alimentação e do sistema de controle.

1. Introdução aos lasers semicondutores
Lasers semicondutores são comumente conhecidos como diodos laser. Eles são chamados de lasers semicondutores porque usam materiais semicondutores como substância de trabalho. Os lasers semicondutores são compostos de módulos de laser semicondutores acoplados a fibra, dispositivos de combinação de feixes, cabos ópticos de transmissão de energia laser, sistemas de energia, sistemas de controle e estruturas mecânicas. A saída do laser é obtida sob a condução e monitoramento do sistema de fonte de alimentação e do sistema de controle. Os materiais de trabalho comumente usados ​​​​para lasers semicondutores incluem arsenieto de gálio (GaAs), sulfeto de cádmio (CdS), fosfeto de índio (InP), sulfeto de zinco (ZnS), etc. Existem três métodos principais de excitação de acordo com diferentes materiais de trabalho: injeção elétrica, bomba tipo e excitação por feixe de elétrons de alta energia.

(1). A injeção elétrica é um laser semicondutor
Geralmente, materiais de trabalho como GaAS, CdS, InP e ZnS são usados ​​como materiais principais para fazer diodos de junção semicondutores. Quando a injeção elétrica é recebida, o material de trabalho é excitado ao longo da corrente injetada com polarização direta, de modo que na área do plano do nó produza emissão estimulada.

(2). Punção laser
Geralmente, o cristal único de germânio (cristal único semicondutor tipo P) com buracos como transportadores ou o cristal único de germânio com elétrons como transportadores (cristal único semicondutor tipo N) dopado com impurezas aceitadoras no cristal é usado como material de trabalho. e usar lasers emitidos por outros lasers como excitações de bomba para obter inversão populacional.

(3). Laser semicondutor excitado por feixe de elétrons de alta energia
Geralmente, a seleção dos materiais de trabalho é semelhante à dos lasers de bomba, e monocristais semicondutores de germânio também são usados. No entanto, é importante notar que na seleção de monocristais semicondutores do tipo P, os lasers semicondutores de excitação por feixe de elétrons de alta energia usam principalmente PbS. Principalmente CbS e ZnO.

Existem muitos tipos de lasers semicondutores e muitos métodos de classificação baseados em seus parâmetros de chip e métodos de empacotamento. Entre eles, os principais métodos de classificação de lasers semicondutores de saída de fibra são os seguintes:

2. Desenvolvimento de tecnologia laser semicondutora
Desde a invenção do primeiro laser semicondutor do mundo em 1962, os lasers semicondutores passaram por enormes mudanças e promoveram enormemente o desenvolvimento de outras ciências e tecnologias.

Nos últimos anos, os lasers semicondutores de baixa potência utilizados no campo da tecnologia da informação desenvolveram-se rapidamente. Por exemplo, DFB e diodos laser dinâmicos de modo único usados ​​para comunicações de fibra óptica, bem como diodos laser de comprimento de onda de luz visível amplamente usados ​​no processamento de discos ópticos, e até mesmo diodos laser de pulso ultracurto fizeram progressos inovadores substanciais.

Os próprios diodos laser de baixa potência também possuem características de desenvolvimento de alta integração, alta velocidade e sintonizabilidade. O desenvolvimento de lasers semicondutores de alta potência em grande escala também está se acelerando.

Na década de 1980, a potência de saída dos diodos laser independentes estava acima de 100mW e atingiu uma eficiência de conversão de 39%. Na década de 1990, os americanos elevaram novamente o indicador a um novo patamar, atingindo uma eficiência de conversão de 45%. Em termos de potência de saída, também mudou do nível W para KW.

Atualmente, com o apoio de projetos de pesquisa e desenvolvimento em vários países, as tecnologias de laser, como estrutura de chip, crescimento epitaxial e empacotamento de dispositivos de lasers semicondutores, fizeram grandes progressos, e o desempenho de dispositivos unitários também alcançou grandes avanços: o eletro- a eficiência de conversão óptica atingiu mais de 70%, o que é muito baixo. O ângulo de divergência do feixe, a potência de saída contínua de uma única barra excede quilowatts e o uso do dissipador de calor nano de carbono (CN) pode aumentar a eficiência de resfriamento do laser em 30% em comparação com a tecnologia tradicional de instalação de barras semicondutoras. A potência de saída de um único tubo com largura de 100 μm atinge 24,6 W e a vida útil contínua de alta potência chega a dezenas de milhares de horas.

Lasers semicondutores de alta eficiência e alta potência também se desenvolveram rapidamente em lasers totalmente solidificados, dando aos lasers de estado sólido LDP novas oportunidades e perspectivas de desenvolvimento.

3. Tamanho do mercado de laser semicondutor
Os lasers semicondutores têm as vantagens de tamanho pequeno, peso leve, longa vida, alta confiabilidade operacional, baixo consumo de energia, alta eficiência de conversão eletro-óptica, fácil produção em massa e baixo preço. Eles são amplamente utilizados em toca-discos a laser de CD, comunicações de fibra óptica, memórias ópticas e lasers. Impressoras, etc. têm sido amplamente utilizadas, cobrindo todo o campo da optoeletrônica.

Com o desenvolvimento contínuo e o avanço da tecnologia, os lasers semicondutores estão se desenvolvendo na direção de comprimentos de onda de emissão mais curtos, maior potência de emissão, tamanho ultrapequeno e longa vida útil para atender às necessidades de diversas aplicações, e os tipos de produtos estão se tornando cada vez mais ricos. Também tem sido amplamente utilizado em processamento a laser, impressão 3D, radar a laser, alcance de laser, ciências médicas e biológicas, etc. Além disso, lasers semicondutores diretos de alta potência são amplamente utilizados em campos de corte e soldagem, acoplando-se em fibras ópticas para transmissão .

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