Semiconductor Lasers: rupa alat, prinsip operasi, pamakéan

Semiconductor lasers anu Generators kuantum semikonduktor dumasar sedeng aktip, wherein nu Gedekeun optik ku émisi dirangsang ieu dijieun dina transisi antara tingkat énergi kuantum dina konsentrasi luhur operator muatan bébas di éta wewengkon.

Semiconductor laser: prinsip operasi

Normal, seuseueurna éléktron ayana dina tingkat valency. Salila énergi foton pendekatan exceeding celah band tanaga, semikonduktor a, éléktron datangna kana kaayaan éksitasi, sarta megatkeun zone dilarang, pindah kana zone bébas, concentrating di ujung na handap. Sakaligus, liang kabentuk dina tingkat valénsi, rising ka wates luhur na. Éléktron di zone bébas recombine kalawan liang, radiating énergi sarua jeung énergi zona beubeulahan, dina bentuk foton. Rékombinasi bisa ditingkatkeun ku foton kalawan tingkat énergi kacukupan. pedaran numeris pakait jeung Fungsi sebaran Fermi.

pakakas

Alat laser semikonduktor mangrupakeun dioda laser ngompa éléktron energi jeung liang di wewengkon p-n-transisi - titik kontak jeung p- semikonduktor conductive sarta n-jenis. Saterusna, aya lasers semikonduktor jeung input énergi optik nu beam nu kabentuk ku nyerep foton tina lasers cascade lampu na kuantum, nu dumasar kana transisi dina zona.

struktur

Sanyawa has dipaké dina lasers semikonduktor jeung alat optoelectronic sejen, saperti kieu:

• gallium arsenide;
• gallium phosphide;
• gallium nitride;
• phosphide indium;
• indium gallium arsenide;
• gallium aluminium arsenide;
• gallium-indium-gallium nitride;
• phosphide, gallium-indium.

gelombang

Sanyawa ieu - langsung-gap semikonduktor. Indirect- (silikon) teu emit lampu jeung gaya sarta efisiensi kacukupan. Panjang gelombang radiasi tina laser dioda gumantung kana énergi énergi foton ngadeukeutan celah band ti sanyawa nu tangtu. The 3- jeung 4-komponén sanyawa semikonduktor énergi band gap bisa jadi mayeng variatif leuwih rupa-rupa. Di AlGaAs = Al _x Ga _1-x Salaku, contona, ngaronjatkeun eusi aluminium (kanaékan x) boga pangaruh kanaékan celah band énergi.

Sedengkeun lasers semikonduktor paling umum beroperasi dina bagian infra red deukeut spéktrum, sababaraha emit beureum (gallium indium phosphide), bulao atanapi ungu (gallium nitride) kelir. Rata infra red laser semikonduktor (lead selenide) jeung lasers cascade kuantum.

semikonduktor organik

Di sagigireun sanyawaan anorganik luhur bisa dipaké sarta organik. téhnologi luyu masih dina ngembangkeun tapi perkembangannya janji mun nyata ngurangan biaya produksi lasers. Sajauh, ukur dikembangkeun lasers organik sareng asupan énergi optik jeung-kinerja tinggi pompa listrik teu acan kungsi ngahontal.

spésiés

Ku pluralitas lasers semikonduktor mibanda parameter béda jeung nilai aplikasi.

diodes laser Leutik ngahasilkeun beam radiasi mékanis kualitas luhur anu kakuatan Bulan ti sababaraha ratus kana lima ratus milliwatts. chip laser dioda nyaéta hiji pelat rectangular ipis, nu boga fungsi minangka waveguide a, saprak radiasi dugi ka rohangan leutik. Kristal doped kalawan dua sisi nyieun PN-transisi wewengkon badag. Ends digosok nyieun hiji resonator optik of a Fabry - interférométer Perot. Foton ngaliwatan rohangan pikeun ngakibatkeun radiasi rékombinasi baris ngaronjatkeun, sarta mimitian generasi. Éta nu dipaké dina pointer laser, CD- jeung DVD-pamaén, sakumaha ogé serat optik.

lasers kakuatan lemah sareng lasers padet nu mibanda hiji rohangan éksternal pikeun generating pulsa pondok bisa nyingkronkeun acara.

lasers semikonduktor jeung hiji rohangan éksternal comprised hiji dioda laser, nu muterkeun hiji peran dina komposisi anu gain sedeng beuki laser-resonator. Sanggup ngarobah panjang gelombang sarta boga band émisi sempit.

lasers suntik anu wilayah semikonduktor radiasi dina band lega, bisa ngahasilkeun kakuatan beam kualitas low tina sababaraha Watts. Ieu ngawengku hiji lapisan aktif ipis disposed antara p- sarta n-lapisan, ngabentuk heterojunction ganda. Mékanisme kurungan cahaya dina arah gurat geus leungit, nu ngakibatkeun ellipticity beam tinggi na arus bangbarung unacceptably tinggi.

arrays dioda kawasa, nu diwangun ku hiji Asép Sunandar Sunarya ti diodes, broadband, boga kabisa pikeun ngahasilkeun hiji beam daya kualitas si asa tina puluhan watt.

arrays dua diménsi kuat diodes bisa ngahasilkeun hiji kakuatan tina ratusan rébu tina watt.

Beungeut-emitting lasers (VCSEL) emitting kualitas kaluaran pancaran cahaya dina sababaraha milliwatts jejeg piring. Dina beungeut radiasi tina eunteung resonator diterapkeun dina bentuk lapisan dina dynes ¼ gelombang kalawan béda indéks réfraktif. Dina chip tunggal bisa dijieun sababaraha ratus lasers, nu muka nepi kamungkinan produksi masal.

C VECSEL lasers input énergi optik sarta hiji resonator éksternal sanggup generating a beam daya kualitas alus tina sababaraha watt dina Ngonci mode.

Gawé laser semikonduktor tipe cascade kuantum dumasar transisi dina pita (kontras jeung interband nu). Alat ieu emit di wewengkon tengah spéktrum infra red, sakapeung dina rentang terahertz. Éta téh dipaké, contona, saperti analyzers gas.

Semiconductor lasers: aplikasi jeung aspék utama

-Kakuatan tinggi dioda lasers kalayan kacida listrik ngompa dina tegangan sedeng nu dipaké salaku hartosna kacida efektip supplying énergi solid lasers kaayaan.

Semiconductor lasers tiasa beroperasi dina rentang badag frékuénsi anu ngawengku nu katingali, deukeut infra red na tengah bagian infra red spéktrum. Alat dijieun pikeun ogé robah prekuensi izducheniya.

diodes laser bisa gancang pindah sarta modulate daya optik anu digunakeun dina serat optik garis komunikasi pamancar.

ciri ieu geus dijieun lasers semikonduktor anu technologically tipe pangpentingna maser. Éta téh dipaké:

• a telemetry sensor, pyrometers, altimeter optik, rangefinders, wisata, holography;
• dina sistim transmisi serat optik, sarta panyimpenan data, sistem komunikasi koheren;
• printer laser, projectors video, pointers, barkod scanner, scanner gambar, CD-pamaén (DVD, CD, Blu-Ray);
• dina sistim kaamanan, kriptografi kuantum, automation, indikator;
• di metrology optik sarta spéktroskopi;
• di bedah, kedokteran gigi, cosmetology, terapi;
• purifikasi cai, penanganan bahan, ngompa tina lasers solid state, kadali réaksi kimiawi dina asihan industri, mesin industri, sistem ignition, sarta Sistem pertahanan hawa.

output pulsa

Paling laser semikonduktor dibangkitkeun a beam kontinyu. Alatan waktu tinggal pondok éléktron dina tingkat konduksi aranjeunna henteu pisan cocog pikeun generating a pulsa Q-switched, tapi mode kuasi-sinambung operasi tiasa nyata ngaronjatkeun kakuatan generator kuantum. Sajaba ti éta, lasers semikonduktor bisa dipaké pikeun generasi mode-dikonci ultrashort pulsa atawa switching uji gain. Rata kakuatan pulsa pondok, biasana dugi ka sababaraha milliwatts iwal lasers VECSEL-optik ngompa, anu kaluaran wattage diukur pulsa picosecond kalawan frékuénsi di puluhan gigahertz.

Modulasi jeung stabilisasi

Kauntungannana éléktron tinggal pondok dina band konduksi lasers semikonduktor nyaéta kamampuhan pikeun modulate frekuensi tinggi nu gaduh VCSEL-lasers ngaleuwihan 10 GHz. Eta geus dipake dina pangiriman data optik, spéktroskopi, stabilisasi laser.