Semiconductor Lasers: სახის მოწყობილობა, ოპერაციული პრინციპი, გამოყენების

Semiconductor ლაზერები კვანტური გენერატორების დაფუძნებული ნახევარგამტარული აქტიური საშუალო, სადაც ოპტიკური გამაძლიერებელი მიერ სტიმულირება ემისია განთავსებულია გარდამავალი შორის კვანტის ენერგია დონეზე მაღალი კონცენტრაცია უფასო მუხტის გადამტანების სფეროში.

Semiconductor ლაზერული: მუშაობის პრინციპი

ჩვეულებრივ, უმრავლესობა ელექტრონები მდებარეობს valency დონეზე. დროს მიდგომა photon ენერგიის უმეტეს ენერგეტიკული band უფსკრული, ნახევარგამტარული, ელექტრონები მოვიდეს სახელმწიფო აგზნების და არღვევს აკრძალულ ზონაში, მოძრავი თავისუფალ ზონაში, კონცენტრაცია, ქვედა ზღვარი. პარალელურად, ხვრელი ჩამოყალიბდა valence დონე, იზრდება მისი ზედა საზღვარი. ელექტრონები თავისუფალ ზონაში რეკომბინირდებიან ხვრელებს, გამოსხივების ენერგიის ტოლია ენერგია რღვევის ზონაში სახით photons. Recombination შეიძლება გაუმჯობესებულია მიერ ფოტონების საკმარისი ენერგიის დონეზე. რიცხვითი აღწერა შეესაბამება Fermi განაწილების ფუნქცია.

მოწყობილობა

ნახევარგამტარული ლაზერის მოწყობილობა ლაზერული დიოდური pumped ელექტრონების და ხვრელების ტერიტორიაზე p-n-გარდამავალი - წერტილი კონტაქტი გამტარ ნახევარგამტარული p- და n ტიპის. გარდა ამისა, არსებობს ნახევარგამტარული ლაზერები ოპტიკური ენერგიის შეყვანის რომელშიც სხივი იქმნება შთანთქმის სინათლის ფოტონებად და კვანტური კასკადი ლაზერები, რომლებიც ეფუძნება გადასვლები ფარგლებში ზონებში.

სტრუქტურა

ტიპიური ნაერთები გამოიყენება ნახევარგამტარული ლაზერები და სხვა ოპტიკურ ელექტრონული აპარატურის მოწყობილობები, როგორიცაა:

• გალიუმის arsenide;
• გალიუმის phosphide;
• გალიუმის ნიტრიდის;
• indium phosphide;
• indium gallium arsenide;
• გალიუმის ალუმინის arsenide;
• გალიუმის-indium-გალიუმის ნიტრიდის;
• phosphide, გალიუმის-indium.

ტალღის სიგრძე

ეს ნაერთები - პირდაპირი უფსკრული ნახევარგამტარები. Indirect- (სილიციუმის) არ ასხივებენ მსუბუქი საკმარისი ძალა და ეფექტურობა. ტალღის სიგრძე რადიაციული რომ დიოდური ლაზერი დამოკიდებულია ენერგიის ფოტონის ენერგიის უახლოვდება band უფსკრული კონკრეტული ნაერთი. 3 და 4-კომპონენტი ნახევარგამტარული ნაერთების ენერგიის band უფსკრული შეიძლება მუდმივად მრავალფეროვანი მეტი ფართო სპექტრი. ამავე AlGaAs = Al _x Ga _1-x, როგორც, მაგალითად, მზარდი ალუმინის შინაარსი (ზრდა x) აქვს ეფექტი ზრდა ენერგეტიკული band უფსკრული.

მიუხედავად იმისა, რომ ყველაზე გავრცელებული ნახევარგამტარული ლაზერები მუშაობას ახლო ინფრაწითელი ნაწილი სპექტრი, ზოგიერთი ასხივებენ წითელი (გალიუმის indium phosphide), ლურჯი ან იისფერი (გალიუმის ნიტრიდის) ფერები. საშუალო ინფრაწითელი ნახევარგამტარული ლაზერი (ტყვიის selenide) და კვანტური კასკადი ლაზერები.

ორგანული ნახევარგამტარები

გარდა ამისა, არაორგანული ნაერთების შეიძლება იქნას გამოყენებული და ორგანული. შესაბამისი ტექნოლოგია ჯერ კიდევ განვითარების პროცესშია, მაგრამ მისი განვითარების პირობას დებს, რომ მნიშვნელოვნად შეამცირებს ღირებულების წარმოება ლაზერები. ჯერჯერობით, მხოლოდ განვითარებული ორგანული ლაზერები ოპტიკური ენერგიის შეყვანის და მაღალი ხარისხის ელექტრო ტუმბოს ჯერ კიდევ არ არის მიღწეული.

სახეობების

გავურბივარ ნახევარგამტარული ლაზერები სხვადასხვა პარამეტრების და გამოყენების მნიშვნელობა.

მცირე ლაზერული დიოდები წარმოების სხივი მაღალი ხარისხის მექანიკური რადიაციული რომლის ძალა მერყეობს რამდენიმე ასეული ხუთასი milliwatts. ლაზერული დიოდური ჩიპი არის თხელი მართკუთხა ფირფიტა, რომელიც ემსახურება, როგორც waveguide, რადგან რადიაციული შემოიფარგლება მცირე სივრცეში. Crystal ლეგირებული ორივე მხარეს უნდა შეიქმნას PN-გადასვლის დიდი ფართობი. გაპრიალებული მთავრდება შექმნათ ოპტიკური რეზონატორი ერთი Fabry - Perot interferometer. Photon გავლით ღრუს გამოიწვიოს recombination რადიაციული გაიზრდება, და დაიწყება თაობა. ისინი გამოიყენება ლაზერული მაჩვენებელი, CD- და DVD ფლეერები, ასევე ბოჭკოვანი.

დაბალი სიმძლავრის ლაზერები და მყარი ლაზერები გარე ღრუს მომტანი მოკლე pulses სინქრონიზაციისათვის მოვლენები.

ნახევარგამტარული ლაზერები გარე ღრუს შედგება ლაზერული დიოდური, რომელიც მნიშვნელოვან როლს თამაშობს შემადგენლობის მოგების საშუალო უფრო ლაზერული რეზონატორი. შეუძლია შეცვლის wavelengths და აქვს ვიწრო გაფრქვევა band.

Injection ლაზერები ნახევარგამტარული რეგიონში რადიაციული ფართო ჯგუფი, შეიძლება დაბალი ხარისხის სხივი ძალა რამდენიმე Watts. იგი შედგება წვრილი აქტიურ ფენაში განწყობილი შორის p- და n-ფენის ფორმირების ორმაგი heterojunction. მექანიზმი მშობიარობის სინათლის გვერდითი მიმართულებით აკლია, რის შედეგადაც მაღალი სხივი ellipticity და მიუღებლად მაღალი ბარიერი currents.

ძლიერი დიოდური მასივები, რომელიც შედგება მასივი დიოდები, ინტერნეტი, შეუძლია მწარმოებელ სხივი უღიმღამო ხარისხის დენის ათობით ვატი.

ძლიერი ორ განზომილებიანი მასივები დიოდები შეიძლება ძალა ასობით ათასი ვატი.

Surface ასხივებენ ლაზერები (VCSEL) ასხივებენ სინათლის გამომავალი სხივი ხარისხის რამდენიმე milliwatts პერპენდიკულარული ფირფიტა. რადიაციული ზედაპირზე რეზონატორი სარკის მიმართა სახით ფენების dynes ¼ ტალღა სხვადასხვა refractive მაჩვენებლების. On ერთი ჩიპი შეიძლება გაკეთდეს რამდენიმე ასეული lasers, რომელიც ხსნის შესაძლებლობა მასობრივი წარმოება.

C VECSEL ლაზერები ოპტიკური ენერგიის შეყვანის და გარე რეზონატორი შეუძლია მომტანი სხივი კარგი ხარისხის ძალა რამდენიმე ვატი რეჟიმი საკეტი.

სამუშაო ნახევარგამტარული ლაზერული quantum კასკადი ტიპი საფუძველზე გადასვლები ფარგლებში შემსრულებლები (განსხვავებით interband). ეს მოწყობილობები ასხივებენ შუა რეგიონში ინფრაწითელი სპექტრი, ზოგჯერ terahertz სპექტრი. ისინი გამოიყენება, მაგალითად, როგორც გაზის ანალიზატორები.

Semiconductor lasers: განაცხადის და ძირითადი ასპექტები

მაღალი სიმძლავრის დიოდის ლაზერები მაღალი ელექტრონულად pumped ზომიერი ძაბვების გამოიყენება როგორც უაღრესად ეფექტური საშუალება ენერგეტიკული მყარი სახელმწიფო ლაზერები.

Semiconductor ლაზერები ფუნქციონირებს დიდი სპექტრი სიხშირეზე, რომელიც მოიცავს ჩანს, ახლო ინფრაწითელი და საშუალო ინფრაწითელი ნაწილი სპექტრი. შექმნილია მოწყობილობები ასევე იცვლება izducheniya სიხშირე.

ლაზერული დიოდები შეიძლება სწრაფად გადავიდეს და მოდულირებული ოპტიკური ძალა, რომელიც გამოიყენება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კავშირგაბმულობა გადამცემი.

ეს მახასიათებლები არ გააკეთა ნახევარგამტარული ლაზერები რომლებიც ტექნოლოგიურად ყველაზე მნიშვნელოვანი ტიპის maser. ისინი გამოიყენება:

• ტელემეტრიული სენსორები, pyrometers, ოპტიკური altimeter, rangefinders, ღირსშესანიშნაობები, holography;
• ბოჭკოვანი ოპტიკური გადამცემი სისტემებისა და მონაცემთა შენახვის, თანმიმდევრული კომუნიკაციის სისტემები;
• ლაზერული პრინტერები, ვიდეო პროექტორი, მითითებას, შტრიხ სკანერი, სურათი სკანერის, CD-ფეხბურთელები (DVD, CD, Blu-Ray);
• უსაფრთხოების სისტემები, კვანტური კრიპტოგრაფიის, ავტომატიკა, მაჩვენებლები;
• ოპტიკური მეტროლოგიისა და სპექტროსკოპიის;
• in ქირურგია, სტომატოლოგია, კოსმეტოლოგია, თერაპია;
• წყლის გამწმენდი, მატერიალური გატარება, სატუმბი მყარი სახელმწიფო ლაზერები, კონტროლის ქიმიური რეაქციების სამრეწველო დახარისხება, სამრეწველო, ანთება სისტემები და საჰაერო თავდაცვის სისტემები.

პულსი გამომავალი

ყველაზე ნახევარგამტარული ლაზერული ქმნის უწყვეტი სხივი. იმის გამო, რომ მოკლე დროით ელექტრონების ჩატარების დონეზე ისინი არ არიან ძალიან შესაფერისი მომტანი Q-შეცვალა pulses, მაგრამ მოჩვენებითი უწყვეტ რეჟიმში ოპერაციის მნიშვნელოვნად გაზრდის კვანტური გენერატორი ძალა. გარდა ამისა, ნახევარგამტარული ლაზერები შეიძლება გამოყენებულ იქნას თაობის ულტრამოკლე პულსი რეჟიმი დაბლოკილია ან გადართვის მომატება. საშუალო სიმძლავრე მოკლე pulses, ჩვეულებრივ შემოიფარგლება რამდენიმე milliwatts გარდა VECSEL-ოპტიკურად pumped ლაზერები, რომლებიც გამომავალი wattage იზომება picosecond pulses ერთად სიხშირე ათეულობით gigahertz.

მოდულაცია და სტაბილიზაციის

უპირატესობა მოკლე საცხოვრებელი ელექტრონის ჩატარების band ნახევარგამტარული ლაზერები არის უნარი მოდულირებული მაღალი სიხშირის, რომელსაც აქვს VCSEL-lasers აღემატება 10 GHz. ეს უკვე გამოიყენება ოპტიკური მონაცემთა გადაცემის, სპექტროსკოპია, ლაზერული სტაბილიზაცია.