Ημιαγωγών λέιζερ: τα είδη της συσκευής, η αρχή λειτουργίας, η χρήση της

λέιζερ ημιαγωγών είναι κβαντική γεννήτριες βασίζεται ημιαγωγών ενεργό μέσο, όπου η οπτική ενίσχυση με εξαναγκασμένη εκπομπή δημιουργείται στη μετάβαση μεταξύ των κβαντικών επιπέδων ενέργειας σε υψηλή συγκέντρωση ελεύθερου φορέων φορτίου στην περιοχή.

Ημιαγωγών λέιζερ: αρχή της λειτουργίας

Κανονικά, η πλειοψηφία των ηλεκτρονίων που βρίσκονται στο επίπεδο σθένος. Κατά τη διάρκεια της προσέγγισης ενέργεια φωτονίων υπερβαίνει το διάκενο ζώνης ενέργειας, ένα ημιαγωγό, ηλεκτρόνια έρχονται στην κατάσταση της διέγερσης, και σπάζοντας την απαγορευμένη ζώνη, κινείται σε ελεύθερη ζώνη, συμπύκνωση υπό κατώτερο άκρο της. Ταυτόχρονα, μια τρύπα που σχηματίζεται στο επίπεδο σθένους, θα ανέλθει σε ανώτερο των συνόρων της. Τα ηλεκτρόνια στην ελεύθερη ζώνη ανασυνδυάζονται με οπές, ακτινοβολεί ενέργεια ίση με την ενέργεια της ζώνης ρήξης, με τη μορφή φωτονίων. Ο ανασυνδυασμός μπορεί να ενισχυθεί με φωτόνια με επαρκές επίπεδο ενέργειας. Αριθμητική περιγραφή αντιστοιχεί στην συνάρτηση κατανομής Fermi.

συσκευή

Η συσκευή ημιαγωγού λέιζερ είναι μια δίοδος λέιζερ αντλείται ενέργειας ηλεκτρόνια και οπές στο ρ-η-περιοχή μετάβασης - το σημείο επαφής με την αγώγιμη ρ- ημιαγωγού και η-τύπου. Επιπλέον, υπάρχουν λέιζερ ημιαγωγών με οπτική είσοδο ενέργειας στις οποίες η δέσμη σχηματίζεται από την απορρόφηση των φωτονίων του φωτός και της κβαντικής λέιζερ καταρράκτη, οι οποίες βασίζονται στις μεταβάσεις μέσα στις ζώνες.

δομή

Τυπικές ενώσεις που χρησιμοποιούνται στην λέιζερ ημιαγωγών και άλλες οπτοηλεκτρονικές συσκευές, ως εξής:

• αρσενίδιο του γαλλίου?
• γάλλιο φωσφορούχο?
• νιτρίδιο του γαλλίου?
• φωσφορούχο ίνδιο?
• ίνδιο αρσενικούχο γάλλιο?
• αρσενικούχο γάλλιο αλουμίνιο?
• γάλλιο-ινδίου-νιτρίδιο του γαλλίου?
• φωσφορούχο, γάλλιο-ινδίου.

μήκος κύματος

Αυτές οι ενώσεις - ημιαγωγοί άμεσης-θέση. Indirect- (πυρίτιο) δεν εκπέμπει φως με επαρκή δύναμη και αποτελεσματικότητα. Το μήκος κύματος της ακτινοβολίας του λέιζερ διόδου εξαρτάται από την ενέργεια της ενέργειας των φωτονίων προσεγγίζει το διάκενο ζώνης της συγκεκριμένης ένωσης. Το χάσμα μπάντα 3- και 4-συνιστώσα ενώσεις ημιαγωγών ενέργειας μπορεί να είναι συνεχώς μεταβάλλεται επί μιας ευρείας κλίμακας. Στο AlGaAs = ΑΙ _χ Ga _1-x Όπως, για παράδειγμα, την αύξηση της περιεκτικότητας του αλουμινίου (αύξηση σε x) έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του διακένου ενέργειας μπάντα.

Ενώ οι πιο κοινές λέιζερ ημιαγωγών λειτουργούν στο εγγύς υπέρυθρο τμήμα του φάσματος, μερικά εκπέμπουν κόκκινο (γάλλιο φωσφορούχο ίνδιο), μπλε ή μοβ (νιτρίδιο του γαλλίου) χρώματα. Μέσο υπέρυθρο λέιζερ ημιαγωγών (μόλυβδος σεληνιούχο) και κβαντική λέιζερ καταρράκτη.

οργανικών ημιαγωγών

Εκτός από τα παραπάνω ανόργανες ενώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν και οργανικές. Κατάλληλη τεχνολογία είναι ακόμα υπό ανάπτυξη, αλλά η ανάπτυξη της υπόσχεται να μειώσει σημαντικά το κόστος της παραγωγής του λέιζερ. Μέχρι στιγμής, αναπτύχθηκε μόνο οργανικά λέιζερ με δεν έχει ακόμη επιτευχθεί οπτική είσοδο ενέργειας και υψηλής απόδοσης ηλεκτρική αντλία.

είδος

Με ένα πλήθος λέιζερ ημιαγωγών με διαφορετικές παραμέτρους και την αξία εφαρμογή.

Μικρές δίοδοι λέιζερ παράγει μια δέσμη υψηλής ποιότητας μηχανική ακτινοβολία του οποίου η ισχύς κυμαίνεται από μερικές εκατό μέχρι πεντακόσιες milliwatts. το τσιπ δίοδος λέιζερ είναι μία λεπτή ορθογωνική πλάκα, η οποία χρησιμεύει ως κυματοδηγός, δεδομένου ότι η ακτινοβολία περιορίζεται σε ένα μικρό χώρο. Κρυστάλλινα ενισχυμένα με τις δύο πλευρές για τη δημιουργία ενός PN-μετάβαση από μια μεγάλη περιοχή. Τα γυαλισμένα άκρα δημιουργούν ένα οπτικό συντονιστή του Fabry - Perot συμβολόμετρο. Photon διέρχεται μέσω της κοιλότητας για να προκαλέσει ακτινοβολία ανασυνδυασμό θα αυξηθεί, και θα αρχίσει την παραγωγή. Χρησιμοποιούνται σε λέιζερ, CD και DVD-players, καθώς και οπτικών ινών.

Χαμηλής ισχύος λέιζερ και στερεά λέιζερ με μια εξωτερική κοιλότητα για την παραγωγή βραχέων παλμών μπορεί συγχρονισμό συμβάντων.

λέιζερ ημιαγωγών με μια εξωτερική κοιλότητα που αποτελείται από μια δίοδο laser, η οποία παίζει ρόλο στην σύνθεση του κέρδους μέσου περισσότερα λέιζερ-αντηχείο. Ικανή να αλλάξει τα μήκη κύματος και να έχουν μια στενή ζώνη εκπομπής.

λέιζερ ένεση είναι περιοχή ημιαγωγού της ακτινοβολίας σε μία ευρεία ζώνη, μπορεί να δημιουργήσει ένα χαμηλής ισχύος δέσμης ποιότητας αρκετών Watts. Αποτελείται από ένα λεπτό ενεργού στρώματος τοποθετημένο μεταξύ του ρ- και Ν-στρώμα, σχηματίζοντας ένα διπλό ετεροσύνδεση. Ο μηχανισμός του τοκετού του φωτός κατά την πλευρική διεύθυνση λείπει, πράγμα που οδηγεί σε υψηλή ελλειπτικότητος δέσμης και απαράδεκτα υψηλά ρεύματα κατωφλίου.

Ισχυρό παρατάξεις διόδων, που αποτελείται από μία συστοιχία διόδων, ευρυζωνικών, ικανό να παράγει μία δέσμη μέτριας ποιότητας ισχύος δεκάδων watts.

Ισχυρό δύο διαστάσεων συστοιχίες των διόδων μπορεί να δημιουργήσει μια δύναμη των εκατοντάδων χιλιάδων βατ.

Επιφάνεια εκπομπής λέιζερ (VCSEL) εκπέμπει φως ποιότητας δέσμη εξόδου σε αρκετές milliwatts κάθετα προς την πλάκα. Στην επιφάνεια ακτινοβολίας του κατόπτρου αντηχείου εφαρμόζεται με τη μορφή στρωμάτων σε dynes ¼ κύμα με διαφορετικές δείκτες διάθλασης. Σε ένα μόνο τσιπ μπορεί να γίνει αρκετές εκατοντάδες λέιζερ, η οποία ανοίγει τη δυνατότητα της μαζικής παραγωγής.

C VECSEL Λέιζερ οπτική είσοδο ενέργειας και ένα εξωτερικό αντηχείο ικανή να παράγει μια δέσμη καλής ποιότητας ισχύος αρκετών watts σε μανδαλώσεως λειτουργία.

ημιαγωγών εργασία λέιζερ τύπου κβαντική καταρράκτη με βάση μεταβάσεις εντός των ζωνών (σε αντίθεση με την interband). Αυτές οι συσκευές εκπέμπουν στην μεσαία περιοχή του υπέρυθρου φάσματος, μερικές φορές στην περιοχή terahertz. Χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, ως αναλυτές αερίων.

Ημιαγωγών λέιζερ: η εφαρμογή και οι βασικές πτυχές της

Τα υψηλής ισχύος λέιζερ διόδου με εξαιρετικά ηλεκτρικά αντλήθηκε σε μέτρια τάσεις που χρησιμοποιούνται ως εξαιρετικά αποτελεσματικό μέσο για την παροχή ενέργειας κατάστασης λέιζερ στερεάς.

λέιζερ ημιαγωγών μπορεί να λειτουργήσει σε ένα μεγάλο εύρος συχνοτήτων που περιλαμβάνει το ορατό, εγγύς υπέρυθρο και μέσο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Δημιουργήθηκε συσκευές για να αλλάξει izducheniya συχνότητα.

Οι δίοδοι λέιζερ μπορούν να γρήγορη εναλλαγή και ρυθμίζουν τη οπτικής ισχύος που χρησιμοποιείται σε οπτικών ινών γραμμές επικοινωνίας πομπούς.

Αυτά τα χαρακτηριστικά έχουν κάνει λέιζερ ημιαγωγών είναι τεχνολογικά το πιο σημαντικό είδος των maser. Χρησιμοποιούνται:

• μια αισθητήρες τηλεμετρίας, πυρόμετρα, οπτική υψόμετρο, αποστασιόμετρα, αξιοθέατα, ολογραφία?
• σε οπτικά συστήματα μετάδοσης ινών και την αποθήκευση δεδομένων, συνεκτική συστήματα επικοινωνίας?
• εκτυπωτές laser, βιντεοπροβολείς, δείκτες, bar code scanner, scanner εικόνα, CD-players (DVD, CD, Blu-Ray)?
• στα συστήματα ασφαλείας, κβαντική κρυπτογραφία, αυτοματοποίηση, δείκτες?
• στην οπτική μετρολογίας και φασματοσκοπία?
• στη χειρουργική, οδοντιατρική, την κοσμετολογία, η θεραπεία?
• τον καθαρισμό του νερού, υλικό χειρισμό, άντληση στερεάς κατάστασης λέιζερ, τον έλεγχο των χημικών αντιδράσεων σε βιομηχανικές διαλογή, βιομηχανικά μηχανήματα, συστήματα ανάφλεξης, και συστήματα αντιαεροπορικής άμυνας.

έξοδος παλμών

Οι περισσότεροι λέιζερ ημιαγωγού παράγει μία συνεχή δέσμη. Λόγω του σύντομου χρόνου παραμονής των ηλεκτρονίων στο επίπεδο αγωγιμότητας δεν είναι πολύ κατάλληλες για την παραγωγή ενός Q-switched παλμοί, αλλά οιονεί συνεχή τρόπο λειτουργίας μπορεί να αυξήσει σημαντικά την κβαντική ισχύ γεννήτριας. Επιπλέον, τα λέιζερ ημιαγωγού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή του κλειδωμένου τρόπου υπερβραχύ παλμό ή μεταγωγής του κέρδους. Μέση ισχύς σύντομους παλμούς, συνήθως περιορίζεται σε μερικά milliwatts εκτός VECSEL-οπτικής άντλησης λέιζερ, η οποία ισχύς εξόδου μετριέται παλμούς picosecond με μία συχνότητα σε δεκάδες gigahertz.

Διαμόρφωση και σταθεροποίηση

Το πλεονέκτημα της μικρής ηλεκτρονίων παραμονής στη ζώνη αγωγιμότητας του λέιζερ ημιαγωγών είναι η ικανότητα να ρυθμίζουν την υψηλής συχνότητας τα οποία έχουν VCSEL-λέιζερ υπερβαίνει τα 10 GHz. Έχει χρησιμοποιηθεί στη μετάδοση οπτικών δεδομένων, φασματοσκοπία, σταθεροποίηση λέιζερ.