Лазери на квантових колодязях — це лазери, у яких активне середовище складається з тонких шарів напівпровідника (товщиною кілька нанометрів), у яких носії заряду обмежені у одному напрямку (перпендикулярно до шару), створюючи квантовий колодязь.
- Обмеження руху носіїв заряду в одному напрямку призводить до дискретизації енергетичних рівнів у цьому напрямку.
- Електрони та дірки можуть вільно рухатися в двох інших напрямках.
Основні характеристики
- Дискретні енергетичні рівні у напрямку товщини шару.
- Покращена ефективність генерації порівняно з об’ємними лазерами.
- Низький поріг генерації завдяки більшій щільності станів у квантовому колодязі.
- Вузький спектр випромінювання з можливістю тонкого налаштування за рахунок зміни товщини шару.
- Можливість інтеграції з іншими напівпровідниковими пристроями.
Будова лазера на квантовому колодязі
- Активне середовище: один або кілька квантових колодязів, поміщених між шарами з більшим забороненим зазором (наприклад, GaAs/AlGaAs).
- Резонатор: Fabry-Pérot або гратковий.
- Електрична інжекція: забезпечує носії заряду для стимульованої емісії.
Матеріали
- GaAs/AlGaAs — класична система для інфрачервоних лазерів.
- InGaAsP/InP — для телекомунікаційних довжин хвиль (1.3–1.55 мкм).
- InGaN/GaN — лазери у видимому та ультрафіолетовому діапазонах.
Застосування
- Волоконно-оптичні комунікації: стабільні джерела світла.
- Оптичні зчитувачі та носії інформації: CD/DVD/Blu-ray.
- Лазерна техніка та медицина.
- Промислова обробка матеріалів.
Переваги лазерів на квантових колодязях
- Висока ефективність та стабільність роботи.
- Низький поріг генерації.
- Можливість масового виробництва.
- Відносно проста технологія виготовлення у порівнянні з лазерами на квантових точках.
Недоліки та виклики
- Чутливість до температури (хоча краща, ніж у об’ємних лазерів).
- Ширина спектру випромінювання більша, ніж у QD лазерів.
- Потребує точного контролю товщини та складу шарів.