¿Qué es un láser semiconductor? (Parte Ⅱ)

Láseres semiconductores pertenece a un tipo de láser de estado sólido, es un material semiconductor como medio láser, a la región de fuente de diodo de inyección actual como modo de bombeo del diodo láser (radiación excitada por electrones para producir luz). Entre todos los tipos de láseres, el láser semiconductor tiene la mejor eficiencia de conversión de energía (la eficiencia de conversión electroóptica de los componentes láser semiconductores de alta potencia aplicados directamente puede alcanzar hasta el 60-70 por ciento). Se puede utilizar como fuente de bomba central de láser de fibra, láser sólido y otros tipos de láser de bombeo óptico, y promueve el rápido desarrollo de la tecnología de láser de fibra y láser sólido.(Continúe con la Parte Ⅰ)

3. Historial de desarrollo del láser semiconductor.

El láser semiconductor de principios de la década de 1960 es un láser de unión homogénea, que es un diodo de unión pn fabricado en un tipo de material. Bajo la inyección de corriente directa, los electrones se inyectan continuamente en la zona P y los huecos se inyectan continuamente en la zona N. Como resultado, la inversión de la distribución de portadores se realiza en la región de empobrecimiento de la unión pn original. Dado que la velocidad de migración de electrones es más rápida que la velocidad de migración de agujeros, la radiación y la recombinación ocurren en la región activa, emitiendo fluorescencia y el láser ocurre bajo ciertas condiciones. Este es un tipo de láser semiconductor que solo puede funcionar en forma de pulso. La segunda etapa en el desarrollo del láser semiconductor es el láser semiconductor de heteroestructura, que consiste en dos capas delgadas de materiales semiconductores con diferentes bandas prohibidas, como GaAs y GaAlAs. El láser de heteroestructura simple apareció por primera vez (1969). Para reducir el umbral de densidad de corriente de la unión GaAsP-N, el valor de SHLD es un orden de magnitud más bajo que el del láser de unión homogénea, pero el SHLD aún no puede operar continuamente a temperatura ambiente.

Desde finales de la década de 1970, el láser semiconductor se ha desarrollado en dos direcciones, una es el láser de información para transmitir información y la otra es el láser de potencia para mejorar la potencia óptica. Impulsado por la aplicación de láser de estado sólido bombeado, láser semiconductor de alta potencia (potencia de salida continua superior a 100 mw, potencia de salida de pulso superior a 5 W, puede denominarse láser semiconductor de alta potencia).

En la década de 1990 se lograron grandes avances, marcados por un aumento significativo en la potencia de salida de los láseres semiconductores. Los láseres de semiconductores de alta potencia de niveles de kilovatios se han comercializado en el extranjero, y la salida de los dispositivos de muestra domésticos ha alcanzado los 600W. Si desde el punto de vista de la expansión de la banda láser, el primer láser semiconductor infrarrojo, seguido de una gran cantidad de láser semiconductor rojo de 670nm en la aplicación, y luego, salió la longitud de onda 650nm, 635nm, luz azul, la luz azul El láser semiconductor se ha desarrollado con éxito, el láser semiconductor violeta e incluso ultravioleta de 10 mW, también está en desarrollo. A fines de la década de 1990, los láseres emisores de superficie y los láseres emisores de superficie de cavidad vertical se desarrollaron rápidamente y se consideraron muchas aplicaciones en optoelectrónica ultraparalela. Se han utilizado dispositivos de 980nm, 850nm y 780nm en sistemas ópticos. En la actualidad, los láseres emisores de superficie de cavidad vertical se han utilizado en redes de alta velocidad Gigabit Ethernet.

4. La aplicación del láser semiconductor.

El láser semiconductor está maduro antes, con un progreso más rápido de una clase de láseres, debido a su amplio rango de longitud de onda, producción simple, bajo costo, fácil producción en masa y debido a su tamaño pequeño, peso ligero, larga vida, por lo tanto, variedades de rápido desarrollo. , una amplia gama de aplicaciones, tiene más de 300 tipos.

1) Aplicación en la industria y la tecnología

① Comunicación por fibra óptica. El láser semiconductor es la fuente de luz práctica de un sistema de comunicación de fibra óptica. La comunicación por fibra óptica se ha convertido en la corriente principal de la tecnología de comunicación contemporánea.

②Acceso al disco óptico. Los láseres semiconductores ya se utilizan en la memoria de disco óptico, que tiene la ventaja de almacenar una gran cantidad de información sobre sonido, texto e imágenes. El uso de láseres azul y verde puede mejorar en gran medida la densidad de almacenamiento de los CD.

③Análisis espectral. El láser semiconductor sintonizable de infrarrojo lejano se ha utilizado en el análisis de gases ambientales, el control de la contaminación del aire, los gases de escape de los automóviles, etc. Se puede utilizar en la industria para monitorear el proceso de deposición de gas.

④Procesamiento de información óptica. Los láseres semiconductores se han utilizado en sistemas de información óptica. La matriz bidimensional de láser semiconductor de emisión superficial es una fuente de luz ideal para los sistemas de procesamiento paralelo óptico, que se utilizarán en computadoras y redes neuronales ópticas.

⑤ Microfabricación láser. Con la ayuda del láser ultra-shire de alta energía producido por el láser semiconductor Q switch, el circuito integrado se puede cortar, perforar, etc.

⑥ Alarma láser. La alarma láser semiconductor es ampliamente utilizada, incluida la alarma antirrobo, la alarma de nivel de agua, la alarma de distancia del automóvil, etc.

⑦Impresora láser. Los láseres semiconductores de alta potencia ya se utilizan en impresoras láser. El uso de láseres azul y verde puede mejorar en gran medida la resolución y la velocidad de impresión.

⑧ Escáner de código de barras láser. Los escáneres de códigos de barras láser de semiconductores se han utilizado ampliamente en la venta de bienes, así como en la gestión de libros y archivos.

⑨Bombee el láser de estado sólido. Esta es una aplicación importante de los láseres semiconductores de alta potencia, que se pueden usar para reemplazar la lámpara de atmósfera original y formar un sistema láser de estado sólido.

⑩ Televisión láser de alta definición. En un futuro cercano, los televisores de láser semiconductor sin tubos de rayos catódicos podrían comercializarse, utilizando láseres rojo, azul y verde que se estima que consumen un 20 por ciento menos de energía que los televisores existentes.

2) Aplicaciones en investigación médica y de ciencias de la vida

① Cirugía láser. Los láseres semiconductores se han utilizado para la escisión de tejidos blandos, la unión de tejidos, la coagulación y la vaporización. Cirugía general, cirugía plástica, dermatología, urología, obstetricia, ginecología, etc., son muy utilizadas en esta tecnología.

②Terapia dinámica con láser. Las sustancias fotosensibles que tienen afinidad con el tumor se acumulan selectivamente en el tejido canceroso, y el láser semiconductor irradia el tejido canceroso para producir especies reactivas de oxígeno, con el objetivo de necrosarlo sin dañar el tejido sano.

③ Investigación en ciencias de la vida. Las "pinzas ópticas", que utilizan láseres semiconductores para arrebatar células vivas o cromosomas y moverlos donde quieran, se han utilizado para mejorar la síntesis celular, las interacciones celulares y el diagnóstico forense.

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