의료 분야에서 반도체 레이저의 응용

반도체 레이저는 반도체 재료를 이득 매질로 사용하는 일종의 레이저로, 일반적으로 자연 벽개면을 공진기로 사용하며 반도체 에너지 밴드 사이의 점프에 의존하여 빛을 방출합니다. 따라서 넓은 파장 범위, 작은 크기, 안정적인 구조, 강력한 방사선 방지 능력, 다양한 펌핑 모드, 높은 수율, 우수한 신뢰성, 쉬운 고속 변조 등의 장점이 있습니다. 동시에 출력 빔 품질이 좋지 않고 빔 발산 각도가 크며 비대칭 스폿, 스펙트럼 순도가 낮고 공정 준비가 어려운 특성도 있습니다.

반도체 레이저의 매개변수 요구 사항은 주로 다음과 같은 측면을 포함합니다.

광전 성능: 소광비, 동적 선폭 및 기타 매개변수를 포함한 이러한 매개변수는 통신 시스템에서 반도체 레이저의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
2. 구조적 매개변수: 발광 크기 및 배열, 추출 끝 정의, 설치 크기 및 외형 크기와 같은.
3. 파장: 반도체 레이저의 파장 범위는 650~1650nm이며 정확도가 높습니다.
4. 임계 전류(Ith) 및 작동 전류(lop): 이 매개변수는 반도체 레이저의 시동 조건 및 작동 상태를 결정합니다.
5. 전력 및 전압: 반도체 레이저 동작 시 전력, 전압, 전류를 측정하여 PV, PI, IV 곡선을 그려 이들의 동작 특성을 이해할 수 있습니다.

작동 원리

1. 이득 조건: 레이저 매질(활성 영역)에서 전하 캐리어의 반전 분포가 설정됩니다. 반도체에서 전자의 에너지는 일련의 거의 연속적인 에너지 준위로 표현됩니다. 따라서 두 에너지 밴드 사이의 반전을 달성하려면 고에너지 상태의 전도대 하단에 있는 전자 수는 저에너지 상태의 가전자대 상단에 있는 정공 수보다 훨씬 커야 합니다. 입자 수. 이는 동종접합 또는 이종접합에 양의 바이어스를 적용하고 필요한 캐리어를 활성층에 주입하여 낮은 에너지 원자가 대역에서 높은 에너지 전도 대역으로 전자를 여기시킴으로써 달성됩니다. 역방향 입자 밀도 상태의 많은 수의 전자가 정공과 재결합하면 유도 방출이 발생합니다.
2. 실제로 응집성 자극 방사선을 얻으려면 광학 공진기의 자극 방사선이 다중 피드백을 얻고 레이저 발진을 형성하도록 해야 합니다. 레이저 공진기는 반도체 결정의 자연 벽개 표면에 의해 거울처럼 형성됩니다. 일반적으로 고반사 다층 유전체막에 광도금을 하고, 저반사막에 매끄러운 표면 도금을 합니다. Fp 캐비티(Fabry-Perot 캐비티) 반도체 레이저의 경우 결정의 pn 접합면에 수직인 자연 벽개면을 사용하여 FP 캐비티를 쉽게 구성할 수 있습니다.
3. 안정적인 발진을 형성하려면 레이저 매질이 공진기로 인한 광학 손실과 캐비티 표면의 레이저 출력으로 인한 손실을 보상할 수 있을 만큼 충분히 큰 이득을 제공할 수 있어야 하며, 지속적으로 증가해야 합니다. 캐비티의 라이트 필드. 이는 충분히 강한 전류 주입을 가져야 합니다. 즉, 입자 수 반전이 충분해야 하며, 입자 수 반전 정도가 높을수록 이득도 커집니다. 즉, 요구 사항은 특정 전류 임계값 조건을 충족해야 합니다. 레이저가 임계값에 도달하면 특정 파장의 빛이 공동에서 공명하여 증폭되어 최종적으로 레이저와 연속 출력을 형성할 수 있습니다.

성능 요구 사항
1. 변조 대역폭 및 속도: 반도체 레이저와 그 변조 기술은 무선 광통신에서 매우 중요하며 변조 대역폭과 속도는 통신 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 내부 변조 레이저(직접 변조 레이저)는 전송 속도가 빠르고 비용이 저렴하기 때문에 광섬유 통신의 다양한 분야에 적합합니다.
2. 스펙트럼 특성 및 변조 특성: 반도체 분산 피드백(DFB) 레이저는 뛰어난 스펙트럼 특성 및 변조 특성으로 인해 광섬유 통신 및 우주 광통신에서 중요한 광원이 되었습니다.
3. 비용 및 대량 생산: 반도체 레이저는 대규모 생산 및 응용 분야의 요구를 충족하기 위해 저비용 및 대량 생산의 이점을 가져야 합니다.
4. 전력 소비 및 신뢰성: 데이터 센터와 같은 응용 분야에서 반도체 레이저는 장기적으로 안정적인 작동을 보장하기 위해 낮은 전력 소비와 높은 신뢰성을 요구합니다.

레이저 의료 분야에서 반도체 레이저의 기술 발전과 응용 사례는 무엇입니까?

레이저 의료 분야에서 반도체 레이저의 기술 발전과 응용 사례는 매우 광범위하여 임상 치료, 미용, 성형 수술 등 다양한 분야를 포괄합니다. 현재 국가약품감독관리국 공식 홈페이지에는 국내외 기업이 개발한 다수의 반도체 레이저 치료 장치가 중국에 등록되어 있으며 그 적응증은 다양한 질병과 관련이 있다. 자세한 소개는 다음과 같습니다.

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임상 치료:반도체 레이저는 작은 크기, 가벼운 무게, 긴 수명 및 높은 변환 효율로 인해 생물 의학 연구 및 임상 진단 및 치료에 널리 사용됩니다.
치주염 치료에서 반도체 레이저는 고온을 발생시켜 감염된 박테리아를 기화시키거나 세포벽을 파괴함으로써 백에 있는 병원성 박테리아, 사이토카인, 키닌 및 매트릭스 금속단백분해효소의 수를 감소시켜 치주염 치료 효과를 얻습니다.
미용 및 성형외과:
미용·성형 분야에서도 반도체 레이저의 적용 범위가 확대되고 있다. 파장 범위가 확장되고 레이저 성능이 향상됨에 따라 이러한 분야에서의 적용 전망이 더욱 넓어졌습니다.
2. 비뇨기과: 비뇨기과에서는 수술의 정확성과 안전성을 높이기 위해 350W 블루 레이저 빔 조합 기술을 수술에 사용합니다.
3. 기타 응용 분야:
반도체 레이저는 유세포분석, 공초점 현미경, 고처리량 유전자 서열분석, 바이러스 검출 등 의료 진단 및 바이오이미징 분야에도 사용됩니다.
레이저 수술. 반도체 레이저는 연조직 절제, 조직 결합, 응고 및 기화에 사용되어 왔습니다. 일반외과, 성형외과, 피부과, 비뇨기과, 산부인과 등에서 이 기술을 널리 채택하고 있습니다.
레이저 다이나믹 테라피. 종양과 친화력이 있는 광감수성 물질을 암조직에 선택적으로 모아두고 반도체 레이저 조사를 통해 암조직이 활성산소를 생성해 건강한 조직에 손상을 주지 않고 괴사를 일으키는 것을 목표로 한다.
생명 과학 연구. 살아있는 세포나 염색체에 덤벼들어 어느 위치로든 이동할 수 있는 반도체 레이저를 이용한 '광집게'가 세포 합성을 촉진하는 데 사용됐다.

의료 분야의 반도체 레이저 적용