Sviluppo tecnologico e campi di applicazione dei laser a semiconduttore

1. Introduzione aLaser a semiconduttore
I laser a semiconduttore sono comunemente noti come diodi laser, perché utilizzano materiali semiconduttori come materiale di lavoro, quindi sono chiamati laser a semiconduttore. Il laser a semiconduttore è composto da un modulo laser a semiconduttore accoppiato a fibra, un dispositivo di combinazione del raggio, un cavo di trasmissione dell'energia laser, un sistema di alimentazione, un sistema di controllo e una struttura meccanica, ecc., e realizza l'uscita laser sotto l'azionamento e il monitoraggio del sistema di alimentazione e del sistema di controllo. Le sostanze di lavoro comunemente utilizzate nei laser a semiconduttore includono principalmente arseniuro di gallio (GaAs), solfuro di cadmio (CdS), fosfuro di indio (InP), solfuro di zinco (ZnS), ecc. In base alle diverse sostanze di lavoro, esistono tre principali metodi di eccitazione: elettrico iniezione, pompa ed eccitazione del fascio di elettroni ad alta energia.

(1) I laser a semiconduttore a iniezione elettrica utilizzano generalmente GaAS, CdS, InP, ZnS e altre sostanze di lavoro come materiali principali per realizzare diodi di giunzione superficiale a semiconduttore. Quando si riceve l'iniezione elettrica, la corrente iniettata lungo la polarizzazione diretta viene eccitata per produrre un'emissione stimolata nella regione del piano nodale.
(2) Laser di tipo Punp, generalmente composti da singoli cristalli di germanio con fori come portatori (singoli cristalli di semiconduttore di tipo P) o singoli cristalli di germanio con elettroni come portatori (semiconduttori di tipo N) drogati con impurità accettrici nel cristallo. Monocristallo semiconduttore) viene utilizzato come materiale di lavoro e il laser emesso da altri laser viene utilizzato come eccitazione della pompa per realizzare l'inversione di popolazione.
(3) I laser a semiconduttore eccitati da fasci di elettroni ad alta energia sono generalmente simili ai laser di tipo a pompa nella selezione dei materiali di lavoro e vengono utilizzati anche cristalli singoli di germanio semiconduttore. Tuttavia, vale la pena notare che nella selezione dei singoli cristalli semiconduttori di tipo P vengono utilizzati fasci di elettroni ad alta energia. I laser a semiconduttore eccitati si basano principalmente su PbS. CbS e ZnO sono i principali.

2. Dimensioni del mercato Laser a diodi

I laser a semiconduttore presentano i vantaggi di dimensioni ridotte, leggerezza, lunga durata, elevata affidabilità operativa, basso consumo energetico, elevata efficienza di conversione elettro-ottica, facile produzione di massa e prezzo basso. Stampanti, ecc. sono ampiamente utilizzate e coprono l'intero campo dell'optoelettronica.

Con il continuo sviluppo e innovazione della tecnologia, i laser a semiconduttore si stanno sviluppando nella direzione di una lunghezza d'onda di emissione più breve, una maggiore potenza di emissione, dimensioni ultra-piccole e una lunga durata, in modo da soddisfare le esigenze di varie applicazioni, e le categorie di prodotti stanno diventando sempre più abbondante. È stato ampiamente utilizzato anche nella lavorazione laser, nella stampa 3D, nel radar laser, nel raggio laser, nel settore militare, medico e nelle scienze della vita. Inoltre, accoppiandosi alla fibra ottica per la trasmissione, i laser a semiconduttore diretti ad alta potenza sono stati ampiamente utilizzati nei campi del taglio e della saldatura.

3. Applicazione dei laser a semiconduttore nel campo dell'optoelettronica
(1) Comunicazione in fibra ottica. Il laser a semiconduttore è l'unica fonte di luce pratica per il sistema di comunicazione in fibra ottica e la comunicazione in fibra ottica è diventata la corrente principale della tecnologia di comunicazione contemporanea.
(2) Accesso al CD. I laser a semiconduttore sono stati utilizzati nella memorizzazione di dischi ottici e il loro più grande vantaggio è che la quantità di informazioni su suoni, testo e immagini memorizzate è molto grande. L'uso di laser blu e verdi può migliorare notevolmente la densità di archiviazione dei dischi ottici.
(3) Analisi spettrale. I laser a semiconduttore sintonizzabili nel lontano infrarosso sono stati utilizzati nell'analisi dei gas ambientali, nel monitoraggio dell'inquinamento atmosferico, degli scarichi dei veicoli, ecc. Possono essere utilizzati nell'industria per monitorare il processo di deposizione dei vapori.
(4) Elaborazione ottica delle informazioni. I laser a semiconduttore sono stati utilizzati nei sistemi di informazione ottica. Gli array bidimensionali di laser a semiconduttore a emissione superficiale sono sorgenti di luce ideali per i sistemi di elaborazione parallela ottica, che verranno utilizzati nei computer e nelle reti neurali ottiche. 5) Microfabbricazione laser. Con l'aiuto di impulsi luminosi ultracorti ad alta energia generati da laser a semiconduttore Q-switched, è possibile tagliare e forare circuiti integrati.
(5) Allarme laser. Gli allarmi laser a semiconduttore sono ampiamente utilizzati, inclusi gli allarmi antifurto, gli allarmi del livello dell'acqua e gli allarmi della distanza del veicolo.
(6) Stampanti laser. I laser a semiconduttore ad alta potenza sono già utilizzati nelle stampanti laser. L'uso dei laser blu e verdi può migliorare notevolmente la velocità e la risoluzione di stampa.
(7) Lettore di codici a barre laser. Gli scanner di codici a barre laser a semiconduttore sono stati ampiamente utilizzati nella vendita di beni e nella gestione di libri e file.
(8) TV laser ad alta definizione. Nel prossimo futuro potranno essere immessi sul mercato televisori laser a semiconduttore senza tubo catodico. Utilizza laser rossi, blu e verdi e si stima che il suo consumo energetico sia inferiore del 20% rispetto a quello dei televisori esistenti.

4. Dov'è il futuro dei laser a semiconduttore?

Attualmente, la più grande applicazione dei laser a semiconduttore è come sorgente di pompa per laser a fibra e laser a stato solido. Quando il laser a semiconduttore viene utilizzato come sorgente di pompa del laser a fibra, la struttura del sistema di pompa può essere sostanzialmente semplificata aumentando la potenza dell'unità e il livello di potenza della pompa può essere aumentato. Poiché i laser a fibra e i laser a stato solido hanno requisiti di potenza di uscita sempre più elevati, requisiti più elevati vengono imposti anche alla potenza delle sorgenti di pompa a semiconduttore.

A causa della limitazione della qualità del raggio, è difficile utilizzare direttamente i tradizionali laser a semiconduttore per il taglio dei metalli. Negli ultimi anni, con il miglioramento della tecnologia di accoppiamento dei semiconduttori e la graduale maturità della nuova tecnologia di combinazione del raggio, anche alcuni laser a semiconduttore con uscita di fibra superiore ai kilowatt possono soddisfare i requisiti di qualità del raggio di taglio. Inoltre, a causa della diversità delle lunghezze d'onda dei laser a semiconduttore, la lunghezza d'onda dei laser a semiconduttore a lunghezza d'onda corta è molto vicina al massimo di assorbimento della lunghezza d'onda dell'alluminio. Pertanto, nell'industria automobilistica, i laser a semiconduttore ad alta potenza sono molto adatti per la saldatura di carrozzerie di automobili in alluminio. Attualmente i laser a semiconduttore con una potenza di uscita laser compresa tra 2KW e 6KW sono ampiamente utilizzati nel processo di produzione dell'industria automobilistica.

Nel campo della lavorazione diretta dei materiali, la qualità del raggio dei laser a semiconduttore difficilmente supera quella dei laser a fibra. Tuttavia, nelle applicazioni di saldatura e taglio di lamiere sottili, i laser a semiconduttore sono molto adatti. Lo sviluppo di laser a semiconduttore ad alta potenza ha consentito molte importanti applicazioni. Questi laser hanno sostituito molte tecnologie tradizionali e ci hanno portato molti nuovi prodotti.

In generale, a causa del continuo sviluppo della tecnologia, i campi di applicazione dei laser a semiconduttore cambiano costantemente e questi cambiamenti continuano ancora ad avvenire. In generale, i laser a semiconduttore si stanno sviluppando verso lunghezze d’onda di emissione più corte e potenze di emissione più elevate per soddisfare le attuali richieste del mercato.

Informazioni sui contatti:

Se hai qualche idea, sentiti libero di parlare con noi. Non importa dove siano i nostri clienti e quali siano le nostre esigenze, seguiremo il nostro obiettivo di fornire ai nostri clienti alta qualità, prezzi bassi e il miglior servizio.