Uban sa paspas nga pag-uswag sa teknolohiya sa optoelectronic, ang mga semiconductor laser kaylap nga gigamit sa lainlaing mga natad sama sa telekomunikasyon, medisina, pagproseso sa industriya, ug LiDAR, tungod sa ilang taas nga kahusayan, gamay nga gidak-on, ug kadali sa modulasyon. Sa kinauyokan niini nga teknolohiya mao ang gain medium, nga adunay hinungdanon nga papel. Nagsilbi kini nga"tinubdan sa enerhiya""nga makapahimo sa stimulated emission ug laser generation, nga nagtino sa laser'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 ma-excite sa external energy sources (sama sa electrical injection o optical pumping), kini mopadako sa incident light pinaagi sa mekanismo sa stimulated emission, nga mosangpot sa laser output.
Sa mga semiconductor laser, ang gain medium kasagarang gilangkoban sa aktibong rehiyon sa PN junction, kansang komposisyon sa materyal, istruktura, ug mga pamaagi sa doping direktang makaapekto sa mga importanteng parameter sama sa threshold current, emission wavelength, efficiency, ug thermal characteristics.
2. Kasagarang mga Materyales sa Gain sa mga Semiconductor Laser
Ang III-V compound semiconductors mao ang labing kasagarang gigamit nga gain materials. Ang kasagarang mga pananglitan naglakip sa:
①GaAs (Gallium Arsenide)
Angay alang sa mga laser nga nagpagawas sa 850–980 nm range, kaylap nga gigamit sa optical communications ug laser printing.
②InP (Indium Phosphide)
Gigamit para sa emisyon sa 1.3 µm ug 1.55 µm nga mga banda, importante para sa fiber-optic nga komunikasyon.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
Ang ilang mga komposisyon mahimong i-tune aron makab-ot ang lain-laing mga wavelength, nga mahimong basehan alang sa mga tunable-wavelength laser nga mga disenyo.
Kini nga mga materyales kasagarang adunay direktang bandgap nga mga istruktura, nga naghimo niini nga episyente kaayo sa electron-hole recombination nga adunay photon emission, nga sulundon alang sa paggamit sa semiconductor laser gain medium.
3. Ebolusyon sa mga Istruktura sa Pag-angkon
Samtang nag-uswag ang mga teknolohiya sa fabrikasyon, ang mga gain structure sa mga semiconductor laser nag-uswag gikan sa sayo nga mga homojunction ngadto sa mga heterojunction, ug dugang pa ngadto sa mga advanced quantum well ug quantum dot configurations.
①Heterojunction Gain Medium
Pinaagi sa paghiusa sa mga materyales sa semiconductor nga adunay lain-laing bandgaps, ang mga carrier ug photons mahimong epektibong ma-confine sa gitudlo nga mga rehiyon, nga makapauswag sa gain efficiency ug makapakunhod sa threshold current.
②Mga Istruktura sa Quantum Well
Pinaagi sa pagpakunhod sa gibag-on sa aktibong rehiyon ngadto sa nanometer scale, ang mga electron limitado sa duha ka dimensyon, nga nagdugang pag-ayo sa radiative recombination efficiency. Kini moresulta sa mga laser nga adunay mas ubos nga threshold currents ug mas maayo nga thermal stability.
③Mga Istruktura sa Quantum Dot
Gamit ang mga teknik sa self-assembly, ang mga zero-dimensional nanostructure naporma, nga naghatag ug hait nga distribusyon sa lebel sa enerhiya. Kini nga mga istruktura nagtanyag ug gipauswag nga mga kinaiya sa gain ug kalig-on sa wavelength, nga naghimo kanila nga usa ka hotspot sa panukiduki alang sa sunod nga henerasyon nga high-performance semiconductor lasers.
4. Unsa ang Gitino sa Gain Medium?
①Emisyon nga Wavelength
Ang bandgap sa materyal ang nagtino sa laser's wavelength. Pananglitan, ang InGaAs angay para sa mga near-infrared laser, samtang ang InGaN gigamit para sa mga blue o violet laser.
②Kaepektibo ug Gahom
Ang carrier mobility ug non-radiative recombination rates makaapekto sa optical-to-electrical conversion efficiency.
③Pagganap sa Init
Lain-laing mga materyales ang motubag sa mga pagbag-o sa temperatura sa lain-laing mga paagi, nga makaimpluwensya sa kasaligan sa laser sa mga palibot sa industriya ug militar.
④Tubag sa Modulasyon
Ang gain medium makaimpluwensya sa laser'ang katulin sa pagtubag, nga kritikal sa mga aplikasyon sa komunikasyon nga taas ang tulin.
5. Konklusyon
Sa komplikado nga istruktura sa mga semiconductor laser, ang gain medium mao gyud ang "kasingkasing" niini.—dili lang responsable sa pagmugna sa laser apan lakip usab sa pag-impluwensya sa tibuok kinabuhi, kalig-on, ug mga senaryo sa aplikasyon niini. Gikan sa pagpili sa materyal hangtod sa disenyo sa istruktura, gikan sa macroscopic performance hangtod sa microscopic nga mga mekanismo, ang matag kalampusan sa gain medium nagduso sa teknolohiya sa laser padulong sa mas dako nga performance, mas lapad nga aplikasyon, ug mas lawom nga eksplorasyon.
Uban sa padayon nga mga pag-uswag sa siyensya sa mga materyales ug teknolohiya sa nano-fabrication, 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 dugang mga posibilidad alang sa syensya, industriya, ug katilingban.
Oras sa pag-post: Hulyo 17, 2025