Einführung in das Prinzip, die Entwicklungsgeschichte und die Anwendung von 450-nm-Blaulasern

Die Entwicklung der industriellen Lasertechnologie folgte stets dem Fahrplan der Produktionstechnologie und neuen gesellschaftlichen Anforderungen. In den letzten 60 Jahren hat die Lasertechnologie große Beiträge zur Lösung wichtiger Zukunftsaufgaben der Menschheit geleistet, von der digitalen Wirtschaft und Gesellschaft über nachhaltige Energie bis hin zu gesundem Leben. Unter Blaulichtlaser versteht man einen Laser mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 400 nm bis 500 nm. Ein Blaulichtlaser in Industriequalität ist im Allgemeinen ein Halbleiterlaser.

Halbleiterlaser, auch Laserdioden genannt, sind Laser, die Halbleitermaterialien als Arbeitsmaterial verwenden. Als Beispiel für Halbleiterlaser dienen elektrische Injektionshalbleiterlaser. GaN, GaAS und andere Materialien werden üblicherweise dem Halbleitermaterial hinzugefügt, um eine Halbleiter-Sperrschichtdiode herzustellen.

Wenn ein ausreichend großer Strom in die Diode eingespeist wird, rekombinieren die (negativ geladenen) Elektronen im mittleren aktiven Bereich spontan mit den (positiv geladenen) Löchern und geben die überschüssige Energie in Form von Photonen ab, die dann um ein Vielfaches verstärkt werden Reflexionen im Resonanzhohlraum, um einen Laser zu bilden.

Grundstruktur eines Halbleiterlasers

Neben den gemeinsamen Eigenschaften von Lasern bieten Halbleiterlaser auch die Vorteile einer geringen Größe, eines niedrigen Antriebsstroms, eines hohen Wirkungsgrads, einer langen Lebensdauer, einer einfachen optoelektronischen Integration mit verschiedenen optoelektronischen Geräten und einer Kompatibilität mit der Halbleiterfertigungstechnologie für die Massenproduktion . Sie werden durch umfangreiche Aufmerksamkeit und Forschung aus verschiedenen Ländern begünstigt. Er ist der am schnellsten wachsende, am weitesten verbreitete Laser, der erste, der außerhalb des Labors kommerzialisiert wurde, und der Laser mit der höchsten Produktionsleistung.

Im Hinblick auf die optische Speicherung optischer Discs kann eine optische Disc, die mit einem 650-nm-Rotlicht-Halbleiterlaser hergestellt wurde, 4,7 GB aufzeichnen, während 430-nm-Blau verwendet wird, da die mögliche Aufnahme- und Wiedergabekapazität umgekehrt proportional zum Quadrat der Wellenlänge der Lichtquelle ist Licht kann 4,7 GB speichern. Die Kapazität wurde auf 15 GB erhöht. Um eine hohe optische Speicherdichte zu erreichen, ist es daher erforderlich, die Wellenlänge der Laserlichtquelle zu verkürzen. Darüber hinaus zeichnet sich der Blaustrahllaser durch eine kurze Wellenlänge, einen geringen Beugungseffekt und eine hohe Energie aus. Es hat breite Anwendungsaussichten in der Materialverarbeitung, der optischen Informationsspeicherung, der Anzeigetechnologie, der Kommunikationstechnologie, der medizinischen Laserbehandlung usw. Die Strahlungswellenlänge des Halbleiterlasers wird durch die Bandlückenbreite des aktiven Bereichsmaterials bestimmt.

Um den Anforderungen der Miniaturisierung, des geringen Stromverbrauchs, der hohen Zuverlässigkeit und der niedrigen Kosten gerecht zu werden, ist die Verwendung von GaN-Halbleitermaterialien daher die beste Wahl für die Herstellung blauer Laser.

Daher gab Nichia auf der GaN International Conference 1997 in Japan bekannt, dass die Lebensdauer des bei Raumtemperatur kontinuierlich lasernden blauen Lasers 10.000 Stunden überschritten habe. Große Unternehmen sowie leistungsstarke Universitäten und Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt haben in die Forschung investiert und nacheinander große Erfolge erzielt. Durchbruch. Im Oktober 1999 wurde der GaN-Laser mit einer Ausgangsleistung von 5 mW, einer Wellenlänge von 400 nm, einem Betriebsstrom von 40 mA, einer Betriebsspannung von 5 V und einer Lebensdauer von 10.000 Stunden bei Raumtemperatur kommerzialisiert und stellte damit einen Meilenstein in der Entwicklung von GaN dar. Im Jahr 2001 stellte Nichia einen 150-mW-Laser vor.

Frühe Bluet-Laser hatten eine geringe Leistung und erregten nicht viel Aufmerksamkeit. Bis vor wenigen Jahren wurden mit der Markteinführung von blauen TO-Gehäusen mit nur einer Röhre die Preise gesenkt, die Leistung erhöht und verschiedene industrielle Fertigungs- und Faserkopplungstechnologien kontinuierlich bereichert. Die Menschen haben die Machbarkeit der Entwicklung leistungsstarker blauer Laser erkannt.