Wahl der idealen Laserquelle: Halbleiterlaser mit Kantenemission Teil 1

Wahl des IdealenLaserquelle: Halbleiterlaser mit Kantenemission
1. Einleitung
HalbleiterlaserChips werden je nach Herstellungsverfahren der Resonatoren in Kantenemitter-Laserchips (EEL) und Oberflächenemitter-Laserchips (VCSEL) unterteilt. Die spezifischen strukturellen Unterschiede sind in Abbildung 1 dargestellt. Im Vergleich zu VCSELs ist die Technologie der Kantenemitter-Halbleiterlaser ausgereifter und zeichnet sich durch einen breiten Wellenlängenbereich und hohe Leistung aus.elektrooptischAufgrund ihrer hohen Umwandlungseffizienz, großen Leistung und weiterer Vorteile eignen sich kantenemittierende Halbleiterlaser hervorragend für die Laserbearbeitung, die optische Kommunikation und andere Anwendungsgebiete. Sie sind heute ein wichtiger Bestandteil der optoelektronischen Industrie und finden Anwendung in Industrie, Telekommunikation, Wissenschaft, Konsumgüterbereich, Militär und Luft- und Raumfahrt. Mit der Weiterentwicklung der Technologie haben sich Leistung, Zuverlässigkeit und Energieumwandlungseffizienz kantenemittierender Halbleiterlaser deutlich verbessert, und ihre Anwendungsmöglichkeiten erweitern sich stetig.
Als Nächstes möchte ich Ihnen den einzigartigen Charme der seitlichen Lichtabstrahlung näherbringen.Halbleiterlaser.

Abbildung 1 (links) Diagramm der Struktur eines seitlich emittierenden Halbleiterlasers und (rechts) eines vertikalen Oberflächenemissionslasers

2. Funktionsprinzip von Halbleitern mit KantenemissionLaser
Der Aufbau eines kantenemittierenden Halbleiterlasers lässt sich in drei Teile gliedern: die aktive Halbleiterzone, die Pumpquelle und den optischen Resonator. Im Gegensatz zu den Resonatoren von VCSELs (die aus oberen und unteren Bragg-Spiegeln bestehen) setzen sich die Resonatoren kantenemittierender Halbleiterlaser hauptsächlich aus beidseitigen optischen Schichten zusammen. Der typische Aufbau eines kantenemittierenden Halbleiterlasers und seines Resonators ist in Abbildung 2 dargestellt. Das Photon im kantenemittierenden Halbleiterlaser wird durch Modenselektion im Resonator verstärkt, und der Laserstrahl wird parallel zur Substratoberfläche erzeugt. Kantenemittierende Halbleiterlaser weisen einen breiten Wellenlängenbereich auf und eignen sich für viele praktische Anwendungen, wodurch sie zu den idealen Laserquellen zählen.

Die Leistungsbewertungskennzahlen von kantenemittierenden Halbleiterlasern entsprechen denen anderer Halbleiterlaser und umfassen: (1) die Laserwellenlänge; (2) den Schwellenstrom Ith, d. h. den Strom, bei dem die Laserdiode zu oszillieren beginnt; (3) den Betriebsstrom Iop, d. h. den Ansteuerstrom, wenn die Laserdiode die Nennausgangsleistung erreicht; dieser Parameter wird für die Auslegung und Modulation der Laseransteuerschaltung verwendet; (4) den differentiellen Wirkungsgrad; (5) den vertikalen Divergenzwinkel θ⊥; (6) den horizontalen Divergenzwinkel θ∥; (7) den Strom Im, d. h. die Stromstärke des Halbleiterlaserchips bei Nennausgangsleistung.

3. Forschungsfortschritte bei GaAs- und GaN-basierten kantenemittierenden Halbleiterlasern
Der auf GaAs basierende Halbleiterlaser zählt zu den ausgereiftesten Halbleiterlasertechnologien. GaAs-basierte Kantenemitterlaser im nahen Infrarotbereich (760–1060 nm) finden derzeit breite kommerzielle Anwendung. Als Halbleitermaterial der dritten Generation nach Si und GaAs hat GaN aufgrund seiner hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften großes Interesse in Forschung und Industrie geweckt. Dank der Entwicklung von GaN-basierten optoelektronischen Bauelementen und der Forschungsarbeit konnten GaN-basierte Leuchtdioden und Kantenemitterlaser industriell eingesetzt werden.