Uban sa paspas nga pag-uswag sa optoelectronic nga teknolohiya, ang mga semiconductor laser kay kaylap nga gigamit sa nagkalain-laing natad sama sa telekomunikasyon, medisina, industriyal nga pagproseso, ug LiDAR, salamat sa ilang taas nga kahusayan, compact size, ug kadali sa modulasyon. Sa kinauyokan niini nga teknolohiya anaa ang gain medium, nga adunay dakong papel. Nagsilbi kini nga“tinubdan sa enerhiya”nga makahimo sa stimulated emission ug laser generation, pagtino sa laser's performance, wavelength, ug potensyal sa aplikasyon.
1. Unsa ang Gain Medium?
Sama sa gisugyot sa ngalan, ang gain medium usa ka materyal nga naghatag og optical amplification. Kung naghinam-hinam sa mga tinubdan sa enerhiya sa gawas (sama sa electrical injection o optical pumping), kini nagpadako sa kahayag sa insidente pinaagi sa mekanismo sa stimulated emission, nga mosangpot sa laser output.
Sa semiconductor lasers, ang gain medium kasagarang gilangkuban sa aktibong rehiyon sa PN junction, kansang materyal nga komposisyon, istruktura, ug mga pamaagi sa doping direktang naka-epekto sa yawe nga mga parameter sama sa threshold current, emission wavelength, efficiency, ug thermal nga mga kinaiya.
2. Kasagarang Gain Materials sa Semiconductor Lasers
Ang III-V compound nga mga semiconductor mao ang kasagarang gigamit nga mga materyales nga nakuha. Ang kasagarang mga pananglitan naglakip sa:
①GaAs (Gallium Arsenide)
Angayan alang sa mga laser nga nagpagawas sa 850–980 nm range, kaylap nga gigamit sa optical communications ug laser printing.
②InP (Indium Phosphide)
Gigamit alang sa pagbuga sa 1.3 µm ug 1.55 µm nga mga banda, hinungdanon alang sa fiber-optic nga komunikasyon.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Ang ilang mga komposisyon mahimong ma-tono aron makab-ot ang lain-laing mga wavelength, nga nahimong basehan alang sa tunable-wavelength nga mga disenyo sa laser.
Kini nga mga materyales kasagarang adunay direkta nga mga istruktura sa bandgap, nga naghimo niini nga episyente kaayo sa pag-recombination sa electron-hole nga adunay photon emission, maayo nga gamiton sa semiconductor laser gain medium.
3. Ebolusyon sa Gain Structures
Samtang nag-uswag ang mga teknolohiya sa paghimo, ang mga istruktura sa pag-angkon sa mga semiconductor laser nag-uswag gikan sa sayo nga mga homojunction hangtod sa mga heterojunction, ug labi pa sa advanced quantum well ug quantum dot configurations.
①Heterojunction Gain Medium
Pinaagi sa paghiusa sa mga materyales sa semiconductor nga adunay lainlaing mga bandgaps, ang mga carrier ug mga photon mahimong epektibo nga ma-confine sa gitudlo nga mga rehiyon, nga nagpauswag sa kahusayan sa pag-angkon ug pagkunhod sa sulud sa sulud.
②Quantum Well Structures
Pinaagi sa pagkunhod sa gibag-on sa aktibo nga rehiyon ngadto sa nanometer nga sukdanan, ang mga electron natanggong sa duha ka dimensyon, kamahinungdanon sa pagdugang sa radiative recombination efficiency. Kini moresulta sa mga laser nga adunay ubos nga threshold nga mga sulog ug mas maayo nga thermal stability.
③Mga Istruktura sa Quantum Dot
Gamit ang mga teknik sa self-assembly, naporma ang zero-dimensional nanostructures, nga naghatag ug hait nga pag-apod-apod sa lebel sa enerhiya. Kini nga mga istruktura nagtanyag dugang nga mga kinaiya sa pag-angkon ug kalig-on sa wavelength, nga naghimo kanila nga usa ka research hotspot alang sa sunod nga henerasyon nga high-performance semiconductor lasers.
4. Unsa ang Gitino sa Gain Medium?
①Emission wavelength
Ang bandgap sa materyal nagtino sa laser's wavelength. Pananglitan, ang InGaAs angay alang sa duol nga infrared nga mga laser, samtang ang InGaN gigamit alang sa asul o violet nga mga laser.
②Episyente ug Gahum
Ang paglihok sa carrier ug non-radiative recombination rates makaapekto sa optical-to-electrical conversion efficiency.
③Thermal Performance
Ang lainlaing mga materyales motubag sa mga pagbag-o sa temperatura sa lainlaing mga paagi, nga nakaimpluwensya sa pagkakasaligan sa laser sa mga palibot sa industriya ug militar.
④Pagtubag sa Modulasyon
Ang gain medium nakaimpluwensya sa laser's katulin sa tubag, nga kritikal sa high-speed komunikasyon aplikasyon.
5. Panapos
Sa komplikado nga istruktura sa semiconductor lasers, ang gain medium mao ang tinuod nga "kasingkasing" niini.—dili lamang responsable sa pagmugna sa laser apan usab sa pag-impluwensya sa iyang kinabuhi, kalig-on, ug mga sitwasyon sa aplikasyon. Gikan sa pagpili sa materyal ngadto sa structural nga disenyo, gikan sa macroscopic performance ngadto sa microscopic nga mga mekanismo, ang matag breakthrough sa gain medium nagduso sa laser technology ngadto sa mas dako nga performance, mas lapad nga aplikasyon, ug mas lawom nga eksplorasyon.
Uban sa padayon nga pag-uswag sa mga materyales sa siyensya ug nano-fabrication nga teknolohiya, ang umaabot nga gain medium gilauman nga magdala og mas taas nga kahayag, mas lapad nga wavelength coverage, ug mas maalamon nga mga solusyon sa laser—pag-abli sa daghang mga posibilidad alang sa siyensya, industriya, ug katilingban.
Oras sa pag-post: Hul-17-2025