Gyda datblygiad cyflym technoleg optoelectroneg, mae laserau lled-ddargludyddion wedi cael eu defnyddio'n eang mewn meysydd fel cyfathrebu, offer meddygol, mesur laserau, prosesu diwydiannol ac electroneg defnyddwyr. Wrth wraidd y dechnoleg hon mae'r gyffordd PN, sy'n chwarae rhan hanfodol—nid yn unig fel ffynhonnell allyriadau golau ond hefyd fel sylfaen gweithrediad y ddyfais. Mae'r erthygl hon yn rhoi trosolwg clir a chryno o strwythur, egwyddorion a swyddogaethau allweddol y gyffordd PN mewn laserau lled-ddargludyddion.
1. Beth yw Cyffordd PN?
Cyffordd PN yw'r rhyngwyneb a ffurfir rhwng lled-ddargludydd math-P a lled-ddargludydd math-N:
Mae lled-ddargludyddion math-P wedi'u dopio ag amhureddau derbynnydd, fel boron (B), gan wneud tyllau yn gludwyr gwefr mwyafrifol.
Mae'r lled-ddargludydd math-N wedi'i dopio ag amhureddau rhoddwr, fel ffosfforws (P), gan wneud electronau yn gludwyr mwyafrifol.
Pan fydd y deunyddiau math-P a math-N yn dod i gysylltiad â'i gilydd, mae electronau o'r rhanbarth-N yn tryledu i'r rhanbarth-P, ac mae tyllau o'r rhanbarth-P yn tryledu i'r rhanbarth-N. Mae'r trylediad hwn yn creu rhanbarth disbyddu lle mae electronau a thyllau'n ailgyfuno, gan adael ïonau â gwefr sy'n creu maes trydan mewnol, a elwir yn rhwystr potensial adeiledig.
2. Rôl y Cyffordd PN mewn Laserau
(1) Chwistrelliad Cludwr
Pan fydd y laser yn gweithredu, mae'r gyffordd PN wedi'i rhagfarnu ymlaen: mae'r rhanbarth P wedi'i gysylltu â foltedd positif, a'r rhanbarth N â foltedd negatif. Mae hyn yn canslo'r maes trydan mewnol, gan ganiatáu i electronau a thyllau gael eu chwistrellu i'r rhanbarth gweithredol wrth y gyffordd, lle maent yn debygol o ailgyfuno.
(2) Allyriadau Golau: Tarddiad Allyriadau Ysgogedig
Yn y rhanbarth gweithredol, mae electronau a thyllau wedi'u chwistrellu yn ailgyfuno ac yn rhyddhau ffotonau. I ddechrau, allyriad digymell yw'r broses hon, ond wrth i ddwysedd y ffoton gynyddu, gall ffotonau ysgogi ailgyfuniad electron-twll pellach, gan ryddhau ffotonau ychwanegol gyda'r un cyfnod, cyfeiriad ac egni—dyma allyriad ysgogedig.
Mae'r broses hon yn ffurfio sylfaen laser (Mwyhad Golau trwy Allyriad Ysgogedig o Ymbelydredd).
(3) Mae Ceudodau Ennill a Resonant yn Ffurfio Allbwn Laser
I fwyhau allyriadau ysgogedig, mae laserau lled-ddargludyddion yn cynnwys ceudodau atseiniol ar ddwy ochr y gyffordd PN. Mewn laserau allyrru ymyl, er enghraifft, gellir cyflawni hyn gan ddefnyddio Adlewyrchyddion Bragg Dosbarthedig (DBRs) neu orchuddion drych i adlewyrchu golau yn ôl ac ymlaen. Mae'r drefniant hwn yn caniatáu i donfeddi penodol o olau gael eu mwyhau, gan arwain yn y pen draw at allbwn laser hynod gydlynol a chyfeiriadol.
3. Strwythurau Cyffordd PN ac Optimeiddio Dylunio
Yn dibynnu ar y math o laser lled-ddargludyddion, gall strwythur y PN amrywio:
Hetero-gyffordd Sengl (SH):
Mae'r rhanbarth-P, y rhanbarth-N, a'r rhanbarth gweithredol wedi'u gwneud o'r un deunydd. Mae'r rhanbarth ailgyfuno yn eang ac yn llai effeithlon.
Hetero-gyffordd Dwbl (DH):
Mae haen weithredol bandgap culach wedi'i gosod rhwng rhanbarthau P ac N. Mae hyn yn cyfyngu cludwyr a ffotonau, gan wella effeithlonrwydd yn sylweddol.
Strwythur Ffynnon Cwantwm:
Yn defnyddio haen weithredol ultra-denau i greu effeithiau cyfyngu cwantwm, gan wella nodweddion trothwy a chyflymder modiwleiddio.
Mae'r strwythurau hyn i gyd wedi'u cynllunio i wella effeithlonrwydd chwistrelliad cludwr, ailgyfuno ac allyriadau golau yn rhanbarth y gyffordd PN.
4. Casgliad
Y gyffordd PN yw “calon” laser lled-ddargludyddion mewn gwirionedd. Ei allu i chwistrellu cludwyr o dan duedd ymlaen yw’r sbardun sylfaenol ar gyfer cynhyrchu laser. O ddylunio strwythurol a dewis deunyddiau i reoli ffotonau, mae perfformiad y ddyfais laser gyfan yn troi o amgylch optimeiddio’r gyffordd PN.
Wrth i dechnolegau optoelectroneg barhau i ddatblygu, mae dealltwriaeth ddyfnach o ffiseg cyffordd PN nid yn unig yn gwella perfformiad laserau ond hefyd yn gosod sylfaen gadarn ar gyfer datblygu'r genhedlaeth nesaf o laserau lled-ddargludyddion pŵer uchel, cyflymder uchel, a chost isel.
Amser postio: Mai-28-2025