การเลือกแหล่งเลเซอร์ที่เหมาะสม: เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบ ตอนที่ 1

การเลือกอุดมคติแหล่งกำเนิดเลเซอร์:เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบ
1. บทนำ
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ชิปแบ่งออกเป็นชิปเลเซอร์เปล่งแสงขอบ (EEL) และชิปเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้ง (VCSEL) ตามกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันของเรโซเนเตอร์ และความแตกต่างทางโครงสร้างเฉพาะของชิปเหล่านี้แสดงไว้ในรูปที่ 1 เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้ง การพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เปล่งแสงขอบนั้นมีความเป็นผู้ใหญ่มากกว่า โดยมีช่วงความยาวคลื่นกว้าง สูงอิเล็กโทรออปติกประสิทธิภาพการแปลงพลังงานขนาดใหญ่และข้อดีอื่น ๆ เหมาะมากสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ การสื่อสารด้วยแสง และสาขาอื่น ๆ ปัจจุบันเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบเป็นส่วนสำคัญของอุตสาหกรรมออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และการประยุกต์ใช้ครอบคลุมอุตสาหกรรม โทรคมนาคม วิทยาศาสตร์ ผู้บริโภค ทหาร และอวกาศ ด้วยการพัฒนาและความก้าวหน้าของเทคโนโลยี พลังงาน ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบได้รับการปรับปรุงอย่างมาก และแนวโน้มการใช้งานก็กว้างขวางมากขึ้นเรื่อย ๆ
ต่อไปนี้ ฉันจะพาคุณไปชื่นชมเสน่ห์อันเป็นเอกลักษณ์ของการแผ่รังสีด้านข้างต่อไปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์.

รูปที่ 1 (ซ้าย) แผนผังโครงสร้างเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เปล่งแสงด้านข้าง และ (ขวา) แผนผังโครงสร้างเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้ง

2. หลักการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์การปล่อยขอบเลเซอร์
โครงสร้างของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ส่วน ได้แก่ บริเวณแอคทีฟเซมิคอนดักเตอร์ แหล่งปั๊ม และเรโซเนเตอร์ออปติก แตกต่างจากเรโซเนเตอร์ของเลเซอร์ปล่อยพื้นผิวโพรงแนวตั้ง (ซึ่งประกอบด้วยกระจกแบร็กก์ด้านบนและด้านล่าง) เรโซเนเตอร์ในอุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบประกอบด้วยฟิล์มออปติกทั้งสองด้านเป็นส่วนใหญ่ โครงสร้างอุปกรณ์ EEL ทั่วไปและโครงสร้างเรโซเนเตอร์แสดงอยู่ในรูปที่ 2 โฟตอนในอุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบจะขยายโดยการเลือกโหมดในเรโซเนเตอร์ และเลเซอร์จะถูกสร้างขึ้นในทิศทางขนานกับพื้นผิวของสารตั้งต้น อุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปล่อยขอบมีความยาวคลื่นในการทำงานที่หลากหลายและเหมาะสำหรับการใช้งานจริงมากมาย จึงทำให้เป็นหนึ่งในแหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุด

ดัชนีการประเมินประสิทธิภาพของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งขอบยังสอดคล้องกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ รวมถึง: (1) ความยาวคลื่นเลเซอร์; (2) กระแสเกณฑ์ Ith นั่นคือ กระแสที่เลเซอร์ไดโอดเริ่มสร้างการสั่นของเลเซอร์; (3) กระแสไฟฟ้าทำงาน Iop นั่นคือ กระแสขับเคลื่อนเมื่อเลเซอร์ไดโอดถึงกำลังส่งออกที่กำหนด พารามิเตอร์นี้จะนำไปใช้กับการออกแบบและการปรับวงจรไดรฟ์เลเซอร์; (4) ประสิทธิภาพความชัน; (5) มุมการแยกแนวตั้ง θ⊥; (6) มุมการแยกแนวนอน θ∥; (7) ตรวจสอบกระแส Im นั่นคือ ขนาดปัจจุบันของชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่กำลังส่งออกที่กำหนด

3. ความก้าวหน้าในการวิจัยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ปล่อยขอบแบบ GaAs และ GaN
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้สารกึ่งตัวนำ GaAs เป็นเทคโนโลยีเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่พัฒนามาอย่างยาวนานที่สุดในปัจจุบัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบเปล่งขอบแถบอินฟราเรดใกล้ (760-1060 นาโนเมตร) ที่ใช้ GAAS ได้รับความนิยมในเชิงพาณิชย์อย่างกว้างขวาง เนื่องจากเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามหลังจาก Si และ GaAs GaN จึงได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม เนื่องจากมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ยอดเยี่ยม ด้วยการพัฒนาอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ GAN และความพยายามของนักวิจัย ไดโอดเปล่งแสงและเลเซอร์เปล่งขอบที่ใช้ GAN จึงได้รับการนำไปใช้ในเชิงอุตสาหกรรม