Kalayan kamekaran téknologi optoéléktronik anu gancang, laser semikonduktor parantos mendakan aplikasi anu lega dina widang sapertos komunikasi, alat médis, laser ranging, pamrosésan industri, sareng éléktronika konsumen. Inti tina téknologi ieu nyaéta sambungan PN, anu maénkeun peran penting — henteu ngan ukur salaku sumber émisi cahaya tapi ogé salaku pondasi operasi alat. Artikel ieu nyayogikeun tinjauan anu jelas sareng ringkes ngeunaan struktur, prinsip, sareng fungsi konci sambungan PN dina laser semikonduktor.
1. Naon ari PN Junction téh?
Sambungan PN nyaéta antarmuka anu kabentuk antara semikonduktor tipe-P sareng semikonduktor tipe-N:
Semikonduktor tipe-P didoping ku pangotor akseptor, sapertos boron (B), ngajantenkeun liang janten pamawa muatan mayoritas.
Semikonduktor tipe-N didoping ku pangotor donor, sapertos fosfor (P), ngajantenkeun éléktron janten pamawa mayoritas.
Nalika bahan tipe-P sareng tipe-N dihijikeun, éléktron ti daérah-N nyebar ka daérah-P, sareng liang ti daérah-P nyebar ka daérah-N. Difusi ieu nyiptakeun daérah panyusutan dimana éléktron sareng liang ngahiji deui, nyésakeun ion anu dieusi anu nyiptakeun médan listrik internal, anu katelah panghalang poténsial bawaan.
2. Peran PN Junction dina Laser
(1) Suntikan Pamawa
Nalika laser beroperasi, sambungan PN bias maju: daérah-P disambungkeun ka tegangan positif, sareng daérah-N ka tegangan négatip. Ieu ngabatalkeun médan listrik internal, ngamungkinkeun éléktron sareng liang diinjeksikeun kana daérah aktif di sambungan, dimana aranjeunna kamungkinan bakal ngahiji deui.
(2) Émisi Cahaya: Asal-usul Émisi anu Dirangsang
Di daérah aktif, éléktron sareng liang anu diinjeksi ngahiji deui sareng ngaleupaskeun foton. Mimitina, prosés ieu mangrupikeun émisi spontan, tapi nalika kapadetan foton ningkat, foton tiasa ngarangsang rékombinasi éléktron-liang salajengna, ngaleupaskeun foton tambahan kalayan fase, arah, sareng énergi anu sami — ieu mangrupikeun émisi anu dirangsang.
Prosés ieu ngawangun pondasi laser (Amplifikasi Cahaya ku Émisi Radiasi anu Distimulasi).
(3) Kaluaran Laser pikeun Ngabentuk Rongga jeung Résonansi
Pikeun ngagedekeun émisi anu dirangsang, laser semikonduktor ngawengku rongga résonansi dina dua sisi sambungan PN. Dina laser anu ngaluarkeun ujung, contona, ieu tiasa kahontal nganggo Distributed Bragg Reflectors (DBR) atanapi lapisan eunteung pikeun ngagambarkeun cahaya ka hareup sareng ka tukang. Setelan ieu ngamungkinkeun panjang gelombang cahaya anu khusus pikeun diageungkeun, anu pamustunganana ngahasilkeun kaluaran laser anu koheren sareng arahna luhur.
3. Struktur PN Junction sareng Optimasi Desain
Gumantung kana jinis laser semikonduktor, struktur PN tiasa bénten-bénten:
Heterojunction Tunggal (SH):
Daérah-P, daérah-N, sareng daérah aktif didamel tina bahan anu sami. Daérah rekombinasi lega sareng kirang efisien.
Heterojunction Ganda (DH):
Lapisan aktif celah pita anu langkung heureut diapit antara daérah P sareng N. Ieu ngawatesan operator sareng foton, ningkatkeun efisiensi sacara signifikan.
Struktur Sumur Kuantum:
Ngagunakeun lapisan aktif ultra-ipis pikeun nyiptakeun éfék kurungan kuantum, ningkatkeun karakteristik ambang batas sareng kecepatan modulasi.
Struktur ieu sadayana dirancang pikeun ningkatkeun efisiensi injeksi pamawa, rekombinasi, sareng émisi cahaya di daérah PN junction.
4. Kacindekan
Sambungan PN téh sabenerna "jantung" laser semikonduktor. Kamampuanna pikeun nyuntikkeun pamawa dina bias maju mangrupa pemicu dasar pikeun generasi laser. Tina desain struktural sareng pamilihan bahan dugi ka kontrol foton, kinerja sakabéh alat laser museur kana optimalisasi sambungan PN.
Sabot téknologi optoéléktronik terus maju, pamahaman anu langkung jero ngeunaan fisika PN junction henteu ngan ukur ningkatkeun kinerja laser tapi ogé neundeun pondasi anu kuat pikeun pamekaran generasi salajengna tina laser semikonduktor kakuatan tinggi, kecepatan tinggi, sareng hargana murah.
Waktos posting: 28 Méi-2025