Kalawan ngembangkeun gancang tina téhnologi optoeléktronik, lasers semikonduktor geus kapanggih aplikasi nyebar dina widang kayaning komunikasi, alat-alat médis, laser ranging, processing industri, sarta éléktronika konsumén. Inti téknologi ieu perenahna simpang PN, anu maénkeun peran anu penting-sanés waé salaku sumber émisi cahaya tapi ogé salaku pondasi operasi alat. Artikel ieu nyadiakeun gambaran jelas tur singket ngeunaan struktur, prinsip, jeung fungsi konci PN simpang dina lasers semikonduktor.
1. Naon ari simpang PN?
Simpang PN nyaéta panganteur anu dibentuk antara semikonduktor tipe-P jeung semikonduktor tipe-N:
P-tipe semikonduktor doped kalawan najis akséptor, kayaning boron (B), nyieun liang mayoritas muatan operator.
Semikonduktor tipe-N didoping ku najis donor, sapertos fosfor (P), ngajadikeun éléktron minangka pembawa mayoritas.
Nalika bahan P-tipe jeung N-tipe dibawa kana kontak, éléktron ti N-wewengkon diffuse kana P-wewengkon, sarta liang ti P-wewengkon diffuse kana N-wewengkon. Difusi ieu nyiptakeun wewengkon depletion dimana éléktron jeung liang recombined, ninggalkeun balik ion boga muatan nu nyieun hiji médan listrik internal, dipikawanoh salaku panghalang poténsial diwangun-di.
2. Peran PN simpang di lasers
(1) Carrier suntik
Nalika laser beroperasi, simpang PN maju bias: P-wilayah disambungkeun ka tegangan positif, sarta N-wilayah ka tegangan négatip. Ieu cancels médan listrik internal, sahingga éléktron jeung liang bisa nyuntik kana wewengkon aktif di simpang, dimana aranjeunna kamungkinan recombine.
(2) Émisi Cahaya: Asal Usul Émisi Dirangsang
Di wewengkon aktip, éléktron jeung liang nyuntik recombined sarta ngaleupaskeun foton. Mimitina, prosés ieu émisi spontan, tapi nalika dénsitas foton ningkat, foton tiasa merangsang rékombinasi éléktron-liang salajengna, ngaluarkeun foton tambahan kalayan fase, arah, sareng énergi anu sami - ieu émisi dirangsang.
Prosés ieu ngabentuk pondasi laser (Amplifikasi Cahaya ku Émisi Radiasi Dirangsang).
(3) Gain jeung Resonant Cavities Bentuk Laser Kaluaran
Pikeun ngagedékeun émisi anu dirangsang, laser semikonduktor kalebet rongga résonansi dina dua sisi simpang PN. Dina lasers ujung-emitting, contona, ieu bisa dihontal ngagunakeun Distributed Bragg Reflectors (DBRs) atanapi coatings eunteung pikeun ngagambarkeun lampu deui mudik. Setelan ieu ngamungkinkeun panjang gelombang cahaya husus pikeun diamplified, antukna ngahasilkeun kaluaran laser kacida koheren jeung arah.
3. Struktur simpang PN jeung Optimasi Desain
Gumantung kana jenis laser semikonduktor, struktur PN bisa rupa-rupa:
Heterojunction Tunggal (SH):
Wewengkon P, Wewengkon N, sareng wilayah aktip didamel tina bahan anu sami. Wewengkon rekombinasi lega tur kurang efisien.
Ganda Heterojunction (DH):
Lapisan aktif bandgap anu langkung sempit diapit antara daérah P- sareng N. Ieu confines duanana operator jeung foton, nyata ngaronjatkeun efisiensi.
Struktur Sumur Kuantum:
Nganggo lapisan aktip ultra-ipis pikeun nyiptakeun épék kurungan kuantum, ningkatkeun ciri ambang sareng laju modulasi.
Struktur ieu sadayana dirancang pikeun ningkatkeun efisiensi pamawa suntikan, rekombinasi, sareng émisi cahaya di daérah simpang PN.
4. Kacindekan
Simpang PN saleresna mangrupikeun "jantung" tina laser semikonduktor. Kamampuhan pikeun nyuntik operator dina bias maju mangrupikeun pemicu dasar pikeun generasi laser. Ti desain struktural jeung pilihan bahan pikeun kontrol foton, kinerja sakabéh alat laser revolves sabudeureun optimizing simpang PN.
Nalika téknologi optoeléktronik terus maju, pamahaman anu langkung jero ngeunaan fisika simpang PN henteu ngan ukur ningkatkeun kinerja laser tapi ogé nempatkeun pondasi anu kuat pikeun pamekaran generasi laser semikonduktor kakuatan tinggi, kecepatan tinggi, sareng murah.
waktos pos: May-28-2025