Puolijohdelaserit: tyypit laitteen toimintaperiaate, käyttö

Puolijohde laserit ovat kvantti generaattorit perustuvat puolijohde aktiivisen väliaineen, jossa optinen monistamisen stimuloidun emission on luotu siirtyminen kvanttienergia tasolle korkean pitoisuuden vapaata varauksenkuljettajien alueella.

Puolijohdelaser: toimintaperiaate

Tavallisesti suurin osa elektronien sijaitsee valenssia tasolla. Lähestymisen aikana fotonin energia ylittää energian kaistan aukko, puolijohde, elektronit tulevat tilan herätteen, ja murtaa kielletty vyöhyke, liikkuvat vapaa-alueelle keskittyen sen alareunassa. Samanaikaisesti muodostettuun reikään valenssi tasolla, nousee ylempään rajalle. Elektronien vapaa rekombinoitua reikiä, säteilevä energia on yhtä suuri kuin energian murtoalueen, muodossa fotonit. Rekombinaatio voidaan parantaa fotonit joilla on riittävä energia tasolla. Numeerinen kuvaus vastaa Fermi kertymäfunktio.

laite

Puolijohdelaserin laite on laserdiodi pumpataan elektroneja ja reikiä alueen p-n-siirtymä - kosketuskohdan johtavaan puolijohde p- ja n-tyyppiä. Lisäksi on puolijohdelaserit optinen energiaa, jossa muodostuu palkin imeytymistä fotonit valon ja kvantti kaskadi lasereita, jotka perustuvat siirtymiä vyöhykkeillä.

rakenne

Tyypillisiä yhdisteitä, joita käytetään puolijohdelaserit ja muut optiset laitteet, seuraavasti:

• galliumarsenidi;
• galliumfosfidi;
• gallium nitridi;
• indiumfosfidin;
• indiumgalliumarsenidi;
• gallium alumiiniarsenidi;
• gallium-indium-gallium nitridi;
• phosphide, gallium-indium.

aallonpituus

Nämä yhdisteet - suora-puolijohteiden. Indirect- (pii) ei lähetä valoa riittävällä voimalla ja tehokkuutta. Aallonpituus säteilyn diodilaserin riippuu fotonin energia energian lähestyy välisen aukon tietyn yhdisteen. 3- ja 4-komponentti puolijohde yhdisteiden energia-aukko voi olla jatkuvasti vaihteleva laajalla alueella. At AIGaAs = Al _x Ga _1-x As, esimerkiksi, alumiinipitoisuuden kasvaessa (nousu x) vaikutus on energiansyötön kasvu välisen aukon.

Vaikka yleisin puolijohdelaserit toimivat lähellä infrapuna-spektrin, jotkut lähettävät punaista (gallium indium fosfidi), sininen tai violetti (gallium nitridi) värit. Keskimääräinen infrapuna-puolijohdelaser (lyijyselenidi-) ja kvantti kaskadi laserit.

orgaaninen puolijohteet

Lisäksi edellä epäorgaanisia yhdisteitä voidaan käyttää ja orgaaninen. Sopiva teknologia on vielä kehitteillä, mutta sen kehitys lupaa vähentää merkittävästi tuotantokustannuksia laserit. Toistaiseksi ainoa kehittynyt orgaaninen laserit optisella energiaa ja korkean suorituskyvyn sähköinen pumppu ei ole vielä saavutettu.

laji

Useiden puolijohdelasereiden eri parametreilla ja sovellus arvo.

Pieni laserdiodit tuottaa säteen laadukkaita mekaaninen säteily, jonka teho vaihtelee muutamasta sadasta viisi sata mW. laserdiodin siru on ohut suorakulmainen levy, joka toimii aaltoputken, koska säteily rajoittuu pieneen tilaan. Crystal seostettu molemmin puolin luoda pn-siirtymän laajalla alueella. Kiillotettu päät aikaan optinen resonaattori Fabry - Perot. Fotoni läpi ontelon aiheuttaa rekombinaation säteilylle lisääntyy, ja alkaa sukupolvi. Niitä käytetään laserosoitin, CD- ja DVD-soittimet sekä valokuitu.

Pienitehoisia laserit ja kiinteät laserit ulkoisen ontelon muodostamiseksi lyhyitä pulsseja voidaan synkronoida tapahtumia.

puolijohdelaserit ulkoisen ontelon, joka käsittää laserdiodin, joka on tärkeä merkitys koostumuksen vahvistusväliaine enemmän laser-resonaattori. Omiaan muuttamaan aallonpituuksilla ja on kapea emissiokaistaa.

Injektio laserit ovat puolijohdealueen säteilyn laajalla kaistalla, voi tuottaa huonolaatuista sädetehon useita wattia. Se koostuu ohuesta aktiivisen kerroksen väliin p- ja n-kerros, joka muodostaa kaksinkertainen heterojunction. Mekanismi sulkee valon sivusuunnassa on puuttuu, mikä johtaa pitkät elliptisyyden ja liian korkea kynnys virtoja.

Voimakas Diodirivit, joka koostuu diodien, laajakaista, joka kykenee tuottamaan säteen keskinkertainen laatu teho kymmeniä wattia.

Tehokas kaksiulotteisia diodeja voi tuottaa voimaa satoja tuhansia wattia.

Pinta-laserit (VCSEL), jotka säteilevät valoa ulos tulevan säteen laadun useita milliwatteina levyyn nähden. On säteilyn käyttö resonaattorin peilin levitetään muodossa kerrosten dyneä ¼ aalto eri taitekertoimet. Yhteen siruun voidaan tehdä useita satoja lasereita, mikä avaa mahdollisuuden massatuotantoon.

C VECSEL laserit optista energiaa ja ulkoisen resonaattorin, joka pystyy tuottamaan säteen hyvä laatu teho useita wattia tilassa lukitus.

Työ puolijohdelaser kvantti kaskadi tyyppi perustuu siirtymiä kaistojen (toisin kuin kaistojen). Nämä laitteet säteilevät keskialueella infrapunaspektrin, joskus terahertsisäteily alueella. Niitä käytetään esimerkiksi kaasun analysaattorit.

Puolijohde laserit: sovellus ja pääkohdat

Korkea-teho diodi laserit erittäin sähköisesti pumpataan kohtalainen jännitteitä käytetään erittäin tehokas keino energian syöttämiseksi kiinteän olomuodon lasereita.

Puolijohdelaserit voi toimia laajalla taajuusalueella, joka sisältää näkyvän, lähi-infrapuna-ja keskellä infrapuna-spektrin. Luotu laitteita myös muuttaa izducheniya taajuus.

Laserdiodit vaihtaa nopeasti ja moduloivat optisen tehon, jota käytetään kuituoptisen tietoliikenneyhteyksiä lähettimet.

Nämä ominaisuudet ovat tehneet puolijohdelaserit ovat teknologisesti tärkein laji Maser. Niitä käytetään:

• telemetrian anturit, pyrometrit, optinen korkeusmittari, etäisyysmittarit, nähtävyydet, holografinen;
• kuitua optinen siirto järjestelmien ja tallennus, yhtenäinen viestintäjärjestelmät;
• lasertulostimet, videotykit, osoittimia, viivakoodi skanneri, skanneria, CD-soittimet (DVD, CD, Blu-Ray);
• turvajärjestelmät, kvanttisalausta, automaatio-, indikaattoreiden
• optisen metrologian ja spektroskopia;
• kirurgian, hammaslääketieteen, kosmetologi, hoidossa;
• veden puhdistus, materiaalin, pumppaus kiinteän olomuodon lasereita, valvonta kemiallisia reaktioita teollisuuden lajitteluun, teollisuuden koneiden, sytytysjärjestelmä, ja ilmapuolustusjärjestelmät.

pulssilähdön

Useimmat puolijohdelaser tuottaa jatkuvan palkin. Koska lyhyen viipymisajan elektronien johtuminen tasolla ne eivät ole kovin sopivia generoimaan Q-kytketty pulsseja, mutta lähes jatkuva käyttötapa voi merkittävästi lisätä kvantti generaattorin teho. Lisäksi, puolijohdelaserit voidaan käyttää sukupolven ultrashort pulssin moodilukitut tai kytkennän vahvistuksen. Keskimääräinen teho lyhyitä pulsseja, yleensä vain muutamia milliwatin paitsi VECSEL-optisesti pumpattua lasereita, joka lähtö teho mitattu picosecond pulsseja, joiden taajuus kymmeniä gigahertsin.

Modulaatio ja vakauttaminen

Se etu, että lyhyen viipymisajan elektronin johtuminen bändi puolijohdelasereiden on kyky moduloida korkealla taajuudella, joka on VCSEL-lasereita yli 10 GHz. Sitä on käytetty optinen tiedonsiirto, spektroskopia, laser vakauttaminen.