Оптоэлектроник технологийн хурдацтай хөгжлийг дагаад хагас дамжуулагч лазер нь харилцаа холбоо, эмнэлгийн тоног төхөөрөмж, лазерын хүрээ, үйлдвэрлэлийн боловсруулалт, хэрэглээний электроник зэрэг салбарт өргөн хэрэглээг олж авсан. Энэхүү технологийн цөм нь гэрлийн ялгаруулалтын эх үүсвэр төдийгүй төхөөрөмжийн үйл ажиллагааны үндэс болох чухал үүрэг гүйцэтгэдэг PN уулзвар юм. Энэ нийтлэлд хагас дамжуулагч лазерын PN уулзварын бүтэц, зарчим, үндсэн чиг үүргийн талаар тодорхой бөгөөд товч тоймыг өгсөн болно.
1. PN Junction гэж юу вэ?
PN холболт нь P хэлбэрийн хагас дамжуулагч ба N хэлбэрийн хагас дамжуулагчийн хооронд үүссэн интерфейс юм.
P хэлбэрийн хагас дамжуулагч нь бор (B) зэрэг хүлээн авагчийн хольцоор дүүргэгдсэн бөгөөд нүхийг ихэнх цэнэгийн тээвэрлэгч болгодог.
N хэлбэрийн хагас дамжуулагч нь фосфор (P) гэх мэт донорын хольцтой холилдож, электронуудыг ихэнх тээвэрлэгч болгодог.
P ба N хэлбэрийн материалыг хооронд нь холбоход N мужаас электронууд P мужид, P мужаас нүхнүүд N мужид тархдаг. Энэхүү тархалт нь электронууд болон нүхнүүд дахин нэгдэж, цэнэгтэй ионуудыг үлдээж, дотоод цахилгаан талбарыг бий болгодог бөгөөд энэ нь баригдсан потенциал саад гэж нэрлэгддэг.
2. Лазер дахь PN уулзварын үүрэг
(1) Тээвэрлэгчийн тарилга
Лазер ажиллаж байх үед PN уулзвар нь урагшаа хазайсан байна: P муж нь эерэг хүчдэлтэй, N муж нь сөрөг хүчдэлтэй холбогддог. Энэ нь дотоод цахилгаан талбарыг цуцалж, электронууд болон нүхийг уулзвар дээрх идэвхтэй бүсэд шахах боломжийг олгодог бөгөөд тэдгээр нь дахин нэгдэх магадлалтай.
(2) Гэрлийн ялгарал: Өдөөгдсөн ялгаралын үүсэл
Идэвхтэй бүсэд тарьсан электронууд болон нүхнүүд дахин нэгдэж, фотонуудыг ялгаруулдаг. Эхэндээ энэ үйл явц нь аяндаа ялгардаг боловч фотоны нягтрал нэмэгдэхийн хэрээр фотонууд электрон нүхний дахин нэгдлийг өдөөж, ижил фаз, чиглэл, энерги бүхий нэмэлт фотонуудыг ялгаруулж чаддаг - энэ нь ялгаруулалтыг өдөөдөг.
Энэ үйл явц нь лазерын үндэс суурийг бүрдүүлдэг (цацрагийн өдөөлтөөр гэрлийг өсгөх).
(3) Олз ба резонансын хөндий нь лазерын гаралтыг үүсгэдэг
Өдөөгдсөн ялгаруулалтыг нэмэгдүүлэхийн тулд хагас дамжуулагч лазерууд нь PN уулзварын хоёр талд резонансын хөндийг агуулдаг. Жишээлбэл, ирмэгийг ялгаруулдаг лазеруудад гэрлийг нааш цааш тусгах зорилгоор Distributed Bragg Reflectors (DBRs) эсвэл толин тусгал бүрээсийг ашиглан үүнийг хийж болно. Энэхүү тохиргоо нь гэрлийн тодорхой долгионы уртыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд эцэст нь маш уялдаатай, чиглэлтэй лазер гаралтыг бий болгодог.
3. PN уулзварын бүтэц ба дизайныг оновчтой болгох
Хагас дамжуулагч лазерын төрлөөс хамааран PN бүтэц нь янз бүр байж болно.
Ганц гетеро холболт (SH):
P-бүс нутаг, N-бүс нутаг, идэвхтэй бүсийг ижил материалаар хийсэн. Рекомбинацын бүс нь өргөн бөгөөд үр ашиг багатай.
Давхар гетерогцолц (DH):
Нарийн зурвасын идэвхтэй давхарга нь P ба N-бүс нутгийн хооронд хавчуулагдсан байна. Энэ нь тээвэрлэгч болон фотоныг хоёуланг нь хязгаарлаж, үр ашгийг эрс сайжруулдаг.
Квантын худгийн бүтэц:
Хэт нимгэн идэвхтэй давхаргыг ашиглан квант хязгаарлах эффектийг бий болгож, босго үзүүлэлт болон модуляцийн хурдыг сайжруулдаг.
Эдгээр бүтэц нь бүгд PN уулзварын бүсэд тээвэрлэгчийг шахах, дахин нэгтгэх, гэрлийн ялгаруулалтын үр ашгийг дээшлүүлэх зорилготой юм.
4. Дүгнэлт
PN уулзвар нь үнэхээр хагас дамжуулагч лазерын "зүрх" юм. Урагш хазайлтаар зөөгчийг шахах чадвар нь лазер үүсгэх үндсэн түлхэц юм. Бүтцийн дизайн, материалын сонголтоос фотоны хяналт хүртэл бүх лазер төхөөрөмжийн гүйцэтгэл нь PN уулзварыг оновчтой болгоход чиглэгддэг.
Оптоэлектроник технологиуд үргэлжлэн хөгжихийн хэрээр PN уулзварын физикийн талаар илүү гүнзгий ойлголттой болсноор лазерын гүйцэтгэлийг сайжруулаад зогсохгүй дараагийн үеийн өндөр хүчин чадалтай, өндөр хурдтай, хямд өртөгтэй хагас дамжуулагч лазерыг хөгжүүлэх бат бөх суурийг тавьж байна.
Шуудангийн цаг: 2025-05-28