Funtzionamendu printzipioa eta mota nagusiakerdieroale laserra
ErdieroaleaLaser diodoak, eraginkortasun handikoak, miniaturizazioa eta uhin-luzeraren aniztasuna direla eta, optoelektronika teknologiaren osagai nagusi gisa erabiltzen dira komunikazioan, medikuntzan eta industria-prozesamenduan. Artikulu honek erdieroale laserren funtzionamendu-printzipioa eta motak aurkezten ditu, eta hori komenigarria da optoelektronikako ikertzaile gehienen hautaketa-erreferentziarako.
1. Laser erdieroaleen argi-igorpen printzipioa
Laser erdieroaleen lumineszentzia-printzipioa material erdieroaleen banda-egituran, trantsizio elektronikoetan eta igorpen estimulatuan oinarritzen da. Material erdieroaleak banda-tarte bat duten material mota bat dira, balentzia-banda bat eta eroapen-banda bat barne hartzen dituena. Materiala oinarrizko egoeran dagoenean, elektroiek balentzia-banda betetzen dute, eroapen-bandan elektroirik ez dagoen bitartean. Kanpotik eremu elektriko jakin bat aplikatzen denean edo korronte bat injektatzen denean, elektroi batzuk balentzia-bandatik eroapen-bandara igaroko dira, elektroi-zulo bikoteak eratuz. Energia askatzeko prozesuan, elektroi-zulo bikote hauek kanpoko munduak estimulatzen dituenean, fotoiak, hau da, laserrak, sortuko dira.
2. Laser erdieroaleen kitzikapen metodoak
Hiru kitzikapen-metodo nagusi daude erdieroalezko laserrentzat: injekzio elektriko mota, ponpa optiko mota eta energia handiko elektroi-sorta kitzikapen mota.
Elektrikoki injektatutako erdieroale laserrak: Oro har, galio arseniuroa (GaAs), kadmio sulfuroa (CdS), indio fosfuroa (InP) eta zink sulfuroa (ZnS) bezalako materialez egindako erdieroale gainazaleko juntura diodoak dira. Aurreranzko polarizazioan zehar korrontea injektatuz kitzikatzen dira, juntura planoaren eskualdean igorpen estimulatua sortuz.
Optikoki ponpatutako erdieroale laserrak: Oro har, N motako edo P motako erdieroale kristal bakarrekoak (GaAS, InAs, InSb, etab. bezalakoak) erabiltzen dira lan-substantzia gisa, etalaserrabeste laserrek igortzen dutena optikoki ponpatutako kitzikapen gisa erabiltzen da.
Energia handiko elektroi-sorta bidez kitzikatutako erdieroale laserrak: Oro har, N motako edo P motako erdieroale kristal bakarrekoak ere erabiltzen dituzte (adibidez, PbS, CdS, ZhO, etab.) lan-substantzia gisa eta kanpotik energia handiko elektroi-sorta bat injektatuz kitzikatzen dira. Erdieroale laser gailuen artean, errendimendu hobea eta aplikazio zabalagoa duena heteroegitura bikoitzeko GaAs diodo laser elektrikoki injektatua da.
3. Erdieroale laser mota nagusiak
Laser erdieroale baten Eskualde Aktiboa fotoien sorrera eta anplifikaziorako gune nagusia da, eta bere lodiera mikrometro gutxi batzuetakoa baino ez da. Barneko uhin-gida egiturak erabiltzen dira fotoien alboko difusioa mugatzeko eta energia-dentsitatea hobetzeko (adibidez, gandor-uhin-gidak eta lurperatutako heterojunturak). Laserrak bero-hustugailu diseinu bat hartzen du eta eroankortasun termiko handiko materialak hautatzen ditu (adibidez, kobre-wolframio aleazioa) beroa azkar xahutzeko, eta horrek gehiegi berotzeak eragindako uhin-luzeraren desbideratzea saihestu dezake. Beren egituraren eta aplikazio-eszenatokien arabera, laser erdieroaleak lau kategoria hauetan sailka daitezke:
Ertz-igorpen laserra (EEL)
Laserra txiparen alboko zatiketa-gainazaletik irteten da, puntu eliptiko bat osatuz (gutxi gorabehera 30° × 10°-ko dibergentzia-angeluarekin). Uhin-luzera tipikoen artean daude 808 nm (ponpaketarako), 980 nm (komunikaziorako) eta 1550 nm (zuntz optikozko komunikaziorako). Oso erabilia da potentzia handiko industria-ebaketa, zuntz optikozko ponpaketa-iturrietan eta komunikazio optikoen bizkarrezurreko sareetan.
2. Barrunbe Bertikaleko Gainazaleko Igorpen Laserra (VCSEL)
Laserra txiparen gainazalarekiko perpendikularki igortzen da, izpi zirkular eta simetriko batekin (dibergentzia angelua <15°). Bragg islatzaile banatu bat (DBR) integratzen du, kanpoko islatzaile baten beharra ezabatuz. Oso erabilia da 3D detekzioan (adibidez, telefono mugikorren aurpegi-ezagutzan), distantzia laburreko komunikazio optikoan (datu-zentroak) eta LiDAR-en.
3. Kuantuzko Kaskada Laserra (QCL)
Putzu kuantikoen arteko elektroien kaskadako trantsizioan oinarrituta, uhin-luzerak erdi- eta urrun-infragorrien tartea (3-30 μm) hartzen du, populazio-inbertsiorik behar izan gabe. Fotoiak azpibanda arteko trantsizioen bidez sortzen dira eta normalean gasen detekzioan (CO₂ detekzioa, adibidez), terahertzeko irudigintzan eta ingurumen-monitorizazioan erabiltzen dira.
Laser sintonizagarriaren kanpoko barrunbearen diseinuak (sareta/prisma/MEMS ispilua) ±50 nm-ko uhin-luzera sintonizatzeko tartea lor dezake, lerro-zabalera estu batekin (<100 kHz) eta alboko moduko errefusatze-erlazio altu batekin (>50 dB). Ohiko aplikazioetan erabiltzen da, hala nola, uhin-luzera trinkoaren banaketa multiplexazio (DWDM) komunikazioan, analisi espektralean eta irudi biomedikoan. Erdieroale laserrak asko erabiltzen dira komunikazio laser gailuetan, laser biltegiratze gailu digitalean, laser prozesatzeko ekipoetan, laser markaketa eta ontziratze ekipoetan, laser konposizio eta inprimaketan, laser ekipamendu medikoetan, laser distantzia eta kolimazio detekzio tresnetan, entretenimendu eta hezkuntzarako laser tresnetan eta ekipamenduetan, laser osagaietan eta piezetan, etab. Laser industriaren osagai nagusietakoak dira. Aplikazio sorta zabala duelako, laser marka eta fabrikatzaile ugari daude. Aukera bat egiterakoan, behar eta aplikazio eremu espezifikoetan oinarritu behar da. Fabrikatzaile ezberdinek aplikazio desberdinak dituzte hainbat arlotan, eta fabrikatzaileen eta laserren hautaketa proiektuaren aplikazio eremuaren arabera egin behar da.
Argitaratze data: 2025eko azaroaren 5a