Бо рушди босуръати технологияи оптоэлектронӣ, лазерҳои нимноқилӣ дар соҳаҳо ба монанди коммуникатсия, таҷҳизоти тиббӣ, масофагирии лазерӣ, коркарди саноатӣ ва электроникаи истеъмолӣ татбиқи васеъ пайдо кардаанд. Дар асоси ин технология пайванди PN ҷойгир аст, ки на танҳо ҳамчун манбаи партоби рӯшноӣ, балки ҳамчун асоси кори дастгоҳ нақши муҳим мебозад. Ин мақола шарҳи равшан ва мухтасари сохтор, принсипҳо ва вазифаҳои калидии пайванди PN-ро дар лазерҳои нимноқилӣ пешниҳод мекунад.
1. Ҷанкшни PN чист?
Пайванди PN интерфейсест, ки байни нимноқилҳои навъи P ва нимноқилҳои навъи N ташкил карда мешавад:
Нимноқилҳои навъи P бо омехтаҳои қабулкунанда, ба монанди бор (B), легир карда шудаанд, ки ин сӯрохиҳоро ба интиқолдиҳандагони аксарияти заряд табдил медиҳад.
Нимноқилҳои навъи N бо омехтаҳои донорӣ, ба монанди фосфор (P), легир карда шудаанд, ки электронҳоро интиқолдиҳандагони асосӣ мегардонад.
Вақте ки маводҳои навъи P ва навъи N ба ҳам мепайванданд, электронҳо аз минтақаи N ба минтақаи P ва сӯрохиҳо аз минтақаи P ба минтақаи N паҳн мешаванд. Ин паҳншавӣ минтақаи камшавиро ба вуҷуд меорад, ки дар он электронҳо ва сӯрохиҳо аз нав якҷоя мешаванд ва ионҳои заряднокро боқӣ мегузоранд, ки майдони электрикии дохилиро ба вуҷуд меоранд, ки онро монеаи потенсиалии дарунсохт меноманд.
2. Нақши пайванди PN дар лазерҳо
(1) Тазриқи интиқолдиҳанда
Ҳангоми кор кардани лазер, пайванди PN ба самти пеш ҳаракат мекунад: минтақаи P ба шиддати мусбат ва минтақаи N ба шиддати манфӣ пайваст аст. Ин майдони электрикии дохилиро бекор мекунад ва имкон медиҳад, ки электронҳо ва сӯрохиҳо ба минтақаи фаъол дар пайванд ворид карда шаванд, ки дар он ҷо эҳтимолан онҳо дубора якҷоя мешаванд.
(2) Партофтани рӯшноӣ: Манбаи партоби ангезанда
Дар минтақаи фаъол, электронҳо ва сӯрохиҳои воридшуда рекомбинатсия карда, фотонҳоро раҳо мекунанд. Дар аввал, ин раванд партоби худсарона аст, аммо бо афзоиши зичии фотонҳо, фотонҳо метавонанд рекомбинатсияи минбаъдаи электрон-сӯрохиро ҳавасманд кунанд ва фотонҳои иловагиро бо ҳамон фаза, самт ва энергия раҳо кунанд - ин партоби ҳавасмандшуда аст.
Ин раванд асоси лазерро (Амплификацияи рӯшноӣ тавассути партоби ҳавасмандшудаи радиатсия) ташкил медиҳад.
(3) Фосилаи баромади лазерӣ дар шакли ковокиҳои афзоиш ва резонансӣ
Барои тақвияти партоби ангезанда, лазерҳои нимноқилӣ дар ҳарду тарафи пайванди PN ковокиҳои резонансӣ доранд. Масалан, дар лазерҳои канорӣ, инро бо истифода аз инъикоскунандаи паҳншудаи Bragg (DBR) ё рӯйпӯшҳои оина барои инъикоси рӯшноӣ ба пеш ва пас ба даст овардан мумкин аст. Ин насб имкон медиҳад, ки дарозии мавҷҳои мушаххаси рӯшноӣ тақвият дода шавад, ки дар ниҳоят ба баромади хеле когерентӣ ва самтӣ бо лазер оварда мерасонад.
3. Сохторҳои PN Junction ва беҳсозии тарроҳӣ
Вобаста аз намуди лазери нимноқил, сохтори PN метавонад фарқ кунад:
Гетерогузариши ягона (SH):
Минтақаи P, минтақаи N ва минтақаи фаъол аз як мавод сохта шудаанд. Минтақаи рекомбинатсия васеъ ва камтар самаранок аст.
Гетерогузариши дукарата (DH):
Қабати фаъоли фосилаи банд бо тангтар байни минтақаҳои P ва N ҷойгир аст. Ин ҳам интиқолдиҳандагон ва ҳам фотонҳоро маҳдуд мекунад, ки самаранокиро ба таври назаррас беҳтар мекунад.
Сохтори чоҳи квантӣ:
Барои эҷоди эффектҳои маҳдудкунии квантӣ, беҳтар кардани хусусиятҳои остона ва суръати модулятсия, қабати фаъоли ултра тунукро истифода мебарад.
Ин сохторҳо ҳама барои баланд бардоштани самаранокии воридкунии интиқолдиҳандаҳо, рекомбинатсия ва партоби рӯшноӣ дар минтақаи пайванди PN тарҳрезӣ шудаанд.
4. Хулоса
Пайванди PN воқеан "қалби" лазери нимноқил аст. Қобилияти он барои ворид кардани интиқолдиҳандаҳо дар зери майли пеш омили асосии тавлиди лазер аст. Аз тарҳи сохторӣ ва интихоби мавод то назорати фотон, кори тамоми дастгоҳи лазерӣ ба беҳтар кардани пайванди PN вобаста аст.
Бо пешрафти технологияҳои оптоэлектронӣ, фаҳмиши амиқтари физикаи пайванди PN на танҳо самаранокии лазерро беҳтар мекунад, балки заминаи мустаҳкамеро барои таҳияи насли ояндаи лазерҳои нимноқилии баландқувват, баландсуръат ва арзон низ фароҳам меорад.
Вақти нашр: 28 майи соли 2025