Kun la rapida progreso de optoelektronika teknologio, duonkonduktaĵaj laseroj fariĝis vaste uzataj en diversaj kampoj kiel telekomunikadoj, medicino, industria prilaborado kaj LiDAR, danke al sia alta efikeco, kompakta grandeco kaj facileco de modulado. Ĉe la kerno de ĉi tiu teknologio kuŝas la gajnomedio, kiu ludas absolute gravan rolon. Ĝi servas kiel la“energifonto"kiu ebligas stimulitan emision kaj lasergeneradon, determinante la laseron's-efikeco, ondolongo kaj aplika potencialo.
1. Kio Estas Gajno-Medio?
Kiel la nomo sugestas, gajnomedio estas materialo, kiu provizas optikan plifortigon. Kiam ekscitita per eksteraj energifontoj (kiel elektra injekto aŭ optika pumpado), ĝi plifortigas envenan lumon per la mekanismo de stimulita emisio, kondukante al lasera eligo.
En duonkonduktaĵaj laseroj, la gajnomedio tipe konsistas el la aktiva regiono ĉe la PN-transiro, kies materiala konsisto, strukturo kaj dopmetodoj rekte influas ŝlosilajn parametrojn kiel sojlofluon, emisian ondolongon, efikecon kaj termikajn karakterizaĵojn.
2. Oftaj Gajno-Materialoj en Duonkonduktaj Laseroj
III-V-kunmetitaj semikonduktaĵoj estas la plej ofte uzataj gajnomaterialoj. Tipaj ekzemploj inkluzivas:
①GaAs (Galiuma Arsenido)
Taŭga por laseroj elsendantaj en la 850–980 nm gamo, vaste uzata en optikaj komunikadoj kaj lasera presado.
2InP (India Fosfido)
Uzata por emisio en la 1,3 µm kaj 1,55 µm bendoj, esencaj por fibro-optikaj komunikadoj.
3InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Iliaj komponaĵoj povas esti agorditaj por atingi malsamajn ondolongojn, formante la bazon por agordeblaj ondolongaj laserdezajnoj.
Ĉi tiuj materialoj tipe havas rektajn bendbreĉajn strukturojn, igante ilin tre efikaj ĉe elektron-trua rekombinado kun fotona emisio, ideala por uzo en duonkonduktaĵa lasera gajnomedio.
3. Evoluo de Gajno-Strukturoj
Ĉar fabrikadoteknologioj progresis, gajnostrukturoj en duonkonduktaĵaj laseroj evoluis de fruaj homokrucvojoj al heterokrucvojoj, kaj plu al progresintaj kvantumputoj kaj kvantumpunktaj konfiguracioj.
①Heterokruciĝo Gajno Meza
Kombinante duonkonduktaĵajn materialojn kun malsamaj bendbreĉoj, aviad-kompanioj kaj fotonoj povas esti efike limigitaj en difinitaj regionoj, plibonigante gajnefikecon kaj reduktante sojlofluon.
2Kvantumaj Putaj Strukturoj
Per redukto de la dikeco de la aktiva regiono al la nanometra skalo, elektronoj estas limigitaj en du dimensioj, signife pliigante la efikecon de radia rekombinado. Tio rezultas en laseroj kun pli malaltaj sojlofluoj kaj pli bona termika stabileco.
3Kvantumaj Punktaj Strukturoj
Uzante mem-asembleajn teknikojn, nul-dimensiaj nanostrukturoj formiĝas, provizante akrajn distribuojn de energiniveloj. Ĉi tiuj strukturoj ofertas plibonigitajn gajnokarakterizaĵojn kaj ondolongostabilecon, igante ilin esplora punkto por la sekvaj generacioj de alt-efikecaj duonkonduktaĵaj laseroj.
4. Kion determinas la gajno-medio?
①Emisia ondolongo
La bendbreĉo de la materialo determinas la laseron's ondolongo. Ekzemple, InGaAs taŭgas por preskaŭ-infraruĝaj laseroj, dum InGaN estas uzata por bluaj aŭ violaj laseroj.
2Efikeco kaj Potenco
Moviĝeblo de portanto kaj ne-radiativaj rekombinigaj rapidoj influas la optik-al-elektran konvertan efikecon.
3Termika Elfaro
Malsamaj materialoj reagas al temperaturŝanĝoj laŭ diversaj manieroj, influante la fidindecon de la lasero en industriaj kaj armeaj medioj.
④Modulada Respondo
La gajnomedio influas la laseron's respondorapideco, kiu estas kritika en altrapidaj komunikadaj aplikoj.
5. Konkludo
En la kompleksa strukturo de duonkonduktaĵaj laseroj, la gajnomedio estas vere ĝia "koro"—ne nur respondecas pri generado de la lasero, sed ankaŭ pri influado de ĝia vivdaŭro, stabileco kaj aplikaj scenaroj. De la elekto de materialoj ĝis la struktura dezajno, de makroskopa agado ĝis mikroskopaj mekanismoj, ĉiu sukceso en la gajnomedio pelas laserteknologion al pli granda agado, pli vastaj aplikoj kaj pli profunda esplorado.
Kun daŭraj progresoj en materialscienco kaj nanofabrikada teknologio, oni atendas, ke estontaj gajno-medioj alportos pli altan brilecon, pli larĝan ondolongan kovron kaj pli inteligentajn laserajn solvojn.—malŝlosante pliajn eblecojn por scienco, industrio kaj socio.
Afiŝtempo: 17-a de Julio, 2025