Uban sa paspas nga pag-uswag sa optoelectronic nga teknolohiya, ang semiconductor lasers nakakaplag kaylap nga aplikasyon sa mga natad sama sa komunikasyon, medikal nga kagamitan, laser ranging, industriyal nga pagproseso, ug consumer electronics. Sa kinauyokan niini nga teknolohiya anaa ang PN junction, nga adunay mahinungdanong papel—dili lamang isip tinubdan sa kahayag kondili usab isip pundasyon sa operasyon sa device. Kini nga artikulo naghatag usa ka tin-aw ug mubo nga kinatibuk-ang panan-aw sa istruktura, mga prinsipyo, ug hinungdanon nga mga gimbuhaton sa PN junction sa semiconductor laser.
1. Unsa ang PN Junction?
Ang PN junction mao ang interface nga naporma tali sa P-type semiconductor ug N-type semiconductor:
Ang P-type nga semiconductor gi-doped sa mga acceptor impurities, sama sa boron (B), nga naghimo sa mga buslot sa kadaghanan nga mga tigdala sa bayad.
Ang N-type nga semiconductor gi-doped sa mga donor impurities, sama sa phosphorus (P), nga naghimo sa mga electron nga kadaghanan nga mga tigdala.
Sa diha nga ang P-type ug N-type nga mga materyales makontak, ang mga electron gikan sa N-rehiyon mokatap ngadto sa P-rehiyon, ug ang mga lungag gikan sa P-rehiyon mokatap ngadto sa N-rehiyon. Kini nga pagsabwag nagmugna sa usa ka depletion nga rehiyon diin ang mga electron ug mga lungag nag-recombine, nagbilin sa mga charged ions nga nagmugna sa usa ka internal nga electric field, nga nailhan nga usa ka built-in nga potensyal nga babag.
2. Ang Papel sa PN Junction sa Laser
(1) Carrier Injection
Sa diha nga ang laser naglihok, ang PN junction mao ang forward biased: ang P-rehiyon konektado sa usa ka positibo nga boltahe, ug ang N-rehiyon sa usa ka negatibo nga boltahe. Gikansela niini ang internal nga natad sa kuryente, nga gitugotan ang mga electron ug mga lungag nga ma-inject sa aktibo nga rehiyon sa junction, diin sila lagmit nga mag-recombine.
(2) Kahayag nga Emisyon: Ang Sinugdanan sa Napukaw nga Emisyon
Sa aktibo nga rehiyon, ang gi-inject nga mga electron ug mga lungag nag-recombine ug nagpagawas sa mga photon. Sa sinugdan, kini nga proseso mao ang kusog nga pagbuga, apan samtang ang densidad sa photon nagdugang, ang mga photon makapukaw sa dugang nga electron-hole recombination, nga nagpagawas sa dugang nga mga photon nga adunay parehas nga hugna, direksyon, ug kusog-kini gipalihok nga pagpagawas.
Kini nga proseso nahimong pundasyon sa usa ka laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
(3) Gain ug Resonant Cavities Form Laser Output
Aron mapadako ang stimulated emission, ang mga semiconductor laser naglakip sa resonant cavities sa duha ka kilid sa PN junction. Sa edge-emitting lasers, pananglitan, mahimo kini nga makab-ot gamit ang Distributed Bragg Reflectors (DBRs) o mirror coatings aron mapakita ang kahayag pabalik-balik. Kini nga setup nagtugot sa piho nga mga wavelength sa kahayag nga mapadako, nga sa ngadto-ngadto moresulta sa kaayo nga coherent ug direksyon nga laser output.
3. PN Junction Structures ug Design Optimization
Depende sa matang sa semiconductor laser, ang PN nga gambalay mahimong lain-laing mga:
Usa ka Heterojunction (SH):
Ang P-rehiyon, N-rehiyon, ug aktibong rehiyon gihimo sa samang materyal. Ang rehiyon sa recombination kay lapad ug dili kaayo episyente.
Doble nga Heterojunction (DH):
Ang usa ka mas pig-ot nga bandgap nga aktibo nga layer gibutang taliwala sa P- ug N-rehiyon. Gipugngan niini ang mga tagdala ug mga photon, nga labi nga nagpauswag sa kahusayan.
Quantum Well Structure:
Gigamit ang usa ka ultra-manipis nga aktibo nga layer aron makamugna ang mga epekto sa quantum confinement, pagpaayo sa mga kinaiya sa threshold ug katulin sa modulasyon.
Kini nga mga istruktura tanan gidisenyo aron mapauswag ang kahusayan sa carrier injection, recombination, ug light emission sa rehiyon sa PN junction.
4. Panapos
Ang PN junction mao ang tinuod nga "kasingkasing" sa usa ka semiconductor laser. Ang abilidad niini sa pag-inject sa mga carrier ubos sa forward bias mao ang sukaranan nga trigger sa laser generation. Gikan sa structural design ug materyal nga pagpili ngadto sa photon control, ang performance sa tibuok laser device nagtuyok sa pag-optimize sa PN junction.
Samtang ang mga teknolohiya sa optoelectronic nagpadayon sa pag-uswag, ang usa ka mas lawom nga pagsabut sa pisika sa PN junction dili lamang nagpauswag sa pasundayag sa laser apan nagbutang usab usa ka lig-on nga pundasyon alang sa pag-uswag sa sunod nga henerasyon sa mga high-power, high-speed, ug barato nga semiconductor laser.
Panahon sa pag-post: Mayo-28-2025