Semiconductor Laseri: vrste uređaja, princip rada, upotreba

Poluvodičke laseri su kvantni generator na bazi poluvodiča aktivni medij, pri čemu se stvara optički pojačanje stimuliranom emisijom na prijelazu između kvantnog nivoa energije na visoku koncentraciju slobodnih naboja u tom području.

Semiconductor laser: princip rada

Normalno, većina elektrona nalazi se na razini valentnosti. Tokom pristup energija fotona prelazi bend jaz energije, poluvodiča, elektroni dolaze u stanje pobude, i razbijanje zabranjenu zonu, krećući se u slobodnu zonu, koncentracijom na donjem rubu. Istovremeno, rupu formirana na nivou valence, diže svoje gornjoj granici. Elektrone u slobodnoj zoni rekombinuje sa rupama, zrači energija jednaka energiji zone rupture, u obliku fotona. Rekombinacije može se poboljšati fotona dovoljno nivo energije. Numerički opis odgovara na distributivnu funkciju Fermi.

uređaj

Poluvodiča laserski uređaj je laserska dioda dizane energije elektrona i rupe u p-n-tranziciji područje - tačka kontakta sa provodnim poluvodiča p- i n-tipa. Osim toga, tu su poluvodičke lasere sa optički ulaz energije u kojem se formira snop apsorpcije fotona svjetlosti i kvantne kaskadni laseri, koji se zasnivaju na tranziciju unutar zona.

struktura

Tipični spojevi koji se koriste u poluprovodničkih lasera i drugih optoelektronskih uređaja, kako slijedi:

• galij arsenid;
• galijum phosphide;
• galij nitrida;
• indijum phosphide;
• indijum galij arsenid;
• aluminij arsenid galijum;
• galijum-indij-galij nitrida;
• fosfid, galij-indijum.

talasna dužina

Ovi spojevi - direktnim jaz poluvodiča. Posredno (silicij) ne emitira svjetlost s dovoljnom snagom i efikasnost. Talasne dužine zračenja laserskih dioda ovisi o energiji energije fotona prilazi bend jaz određenog spoj. U 3- i 4-komponentni bend jaz poluvodičkih spojeva energije može biti kontinuirano raznolik u širokom rasponu. Na AlGaAs = Al _x Ga _1-x kao, na primjer, povećanje sadržaja aluminijuma (povećanje x) ima za posljedicu povećanje energetske bendu jaz.

Iako je najčešća poluvodičkih lasera rade u bliskom infracrvenom dijelu spektra, neki emituju crvena (galijum indijum fosfid), plave ili ljubičaste (galijum nitrid) boja. Prosjek infracrveni laser poluvodiča (olovo selenida) i kvantni kaskadni laseri.

organskih poluvodiča

Osim gore anorganski spojevi mogu se koristiti i organski. Odgovarajuće tehnologije je još uvijek u fazi razvoja, ali njegov razvoj obećava da će znatno smanjiti troškove proizvodnje lasera. Do sada je samo razvio organski laseri sa još nije postignut optički ulaz energije i pumpa električna visokih performansi.

vrsta

Po pluralnost poluvodičkih lasera sa različitim parametrima i vrijednosti aplikacija.

Mali laserske diode proizvede snop visokokvalitetnih mehaničkih zračenja čija je moć u rasponu od nekoliko 100-500 mW. laser dioda čip je tanka pravougaona ploča, koji služi kao valovod, jer je radijacija ograničen na malom prostoru. Crystal dopirani s obje strane da se stvori pn-tranzicija veliku površinu. Poliranog krajevima stvoriti optički rezonator od Fabry - Perot interferometar. Foton prolazi kroz šupljinu izazvati rekombinacije zračenje će se povećati, i da će početi proizvodnju. Koriste se u laserski pokazivač, CD i DVD-igrače, kao i optičkih vlakana.

Niska lasera snage i čvrste lasere s vanjskim šupljine za stvaranje kratke impulse može sinhronizaciju događaja.

poluvodičke lasere s vanjskim šupljine sastoji od laserska dioda, koji igra ulogu u sastavu pojačanja srednje više laserski rezonator. Sposoban mijenjanja talasne dužine i imaju uske emisija bend.

Ubrizgavanje laseri su poluvodičke regija zračenja u širokom opsegu, može generirati niske kvalitete zraka snage od nekoliko Watts. Sastoji se od tankog aktivni sloj odlagati između p- i n-sloj, stvarajući dvostruki Heterojunction. Mehanizam zatočenja svjetlosti u bočnom smjeru nedostaje, što rezultira dugim eliptičnost i neprihvatljivo visok prag struja.

Moćan dioda nizovi, koji se sastoji od niza dioda, širokopojasni, koja može proizvesti zrak osrednje kvalitete električne energije od nekoliko desetina vati.

Moćan dvodimenzionalni nizovi dioda može generirati snagu stotine hiljada vati.

Površina-emitting laseri (VCSEL) emitiraju svjetlost izlazne kvalitete zraka u nekoliko mW okomito na ploču. Na zračenje površini rezonator ogledalo se primjenjuje u obliku slojeva u Dynes ¼ talas sa različitim refrakcije indeksa. Na jednom čipu može biti nekoliko stotina lasera, što otvara mogućnost masovne proizvodnje.

C VECSEL laseri optički ulaz energije i spoljni rezonator može generirati zrak dobrog kvaliteta električne energije od nekoliko W na način zaključavanje.

Rad poluvodiča laser tip kvantni kaskadni na osnovu prelaze u bendovima (za razliku od interband). Ovi uređaji emitiraju u središnjem dijelu infracrvenog spektra, ponekad u rasponu teraherc. Koriste se, na primjer, kao analizatora gasa.

Semiconductor laseri: aplikacije i glavne aspekte

Velike snage dioda lasera sa visoko električno upumpava u umjerenim napona koriste se kao vrlo efikasno sredstvo za opskrbu energijom SSD lasera.

Poluprovodničkih lasera može raditi u velikom rasponu frekvencija koje uključuje vidljive, blizu infracrvene i srednjem infracrvenom dijelu spektra. Stvorio uređaja promeniti izducheniya frekvencije.

Laserske diode mogu brzo kretati i modulirati optička snaga koja se koristi u svjetlovodni komunikacijske linije predajnika.

Ove karakteristike su napravili poluvodičke laseri su tehnološki najvažniji tip maser. Oni se koriste:

• telemetrije senzore, pirometri, optički visinomjer, daljinomjeri, znamenitosti, holografija;
• u optičke prenosnih sistema i pohranu podataka, koherentan komunikacijskih sustava;
• laserski štampači, video projektori, pokazivači, bar kod skener, skener slika, CD-igrača (DVD, CD, Blu-Ray);
• u sigurnosne sisteme, kvantne kriptografije, automatizacija, indikatora;
• optički mjeriteljstvo i spektroskopije;
• na operaciji, stomatologija, kozmetologije, terapija;
• pročišćavanje vode, komunalne, pumpanje SSD lasera, kontrolu hemijske reakcije u industrijskim sortiranje, industrijskih strojeva, sistema za paljenje i PVO.

puls izlaz

Većina laser poluvodiča stvara kontinuiranu gredu. Zbog kratkog vremena prebivalište elektrona u razinu provodljivosti i nisu baš pogodne za generiranje Q-switched impulse, ali kvazi-kontinuirani način rada može značajno povećati kvantni generator električne energije. Osim toga, poluvodičkih lasera se može koristiti za proizvodnju ultrakratki pulsni režim-zaključan ili prebacivanje pojačanja. Srednja snaga kratke impulse, obično ograničena na nekoliko mW osim VECSEL-optički pumped lasera, koji izlaz snagom mjeriti picosecond impulsa sa frekvencijom u desetinama gigaherca.

Modulacija i stabilizaciju

Prednost kratkih prebivališta elektrona u provođenje benda poluprovodničkih lasera je sposobnost da modulira visoke frekvencije koje imaju VCSEL-laseri prelazi 10 GHz. To se koristi u optičkim prijenos podataka, spektroskopija, laserski stabilizaciju.