Poluvodički laseri: vrste uređaja, operativni princip, korištenje

Poluvodički laser su generatori kvantne temelju poluvodiča aktivni medij, naznačen time, da se optička pojačanje poticanjem emisije nastaje na prijelazu između kvantnih razina energije u visokoj koncentraciji slobodnih naboja u tom području.

Poluvodički laser: Princip rada

Normalno, većina elektrona nalazi se na razini valencije. Tijekom pristup energiji fotona prelazi pojas energije, a poluvodiča, elektroni dolaze u stanje uzbude i razbijanje zabranjenu zonu, krećući se u slobodnu zonu, koncentrirajući se na donjem rubu. Istovremeno, rupa formirana u razini valentni, diže na svojoj gornjoj granici. Elektroni u slobodne zone rekombinirati s rupama, zrači energije jednaka energiji rupture zone, u obliku fotona. Rekombinacija može povećati fotona s dovoljnom razinom energije. Numerička opis odgovara funkciju distribucije Fermi.

uređaj

Poluvodički laser uređaj je laserska dioda pumpa energije elektrona i rupe u području p-n-prijelaz - točka kontaktu s vodljivim poluvodiča p- i n-tipa. Nadalje, tu su poluvodički laseri s optičkim unos energije u kojem se snop je formirana apsorpcije fotona svjetlosti i kvantnih kaskadnih lasera, koji se temelje na prijelaze unutar zone.

struktura

Tipični spojevi koriste u poluvodičke lasera i drugi optoelektroničkih uređaja, kao što slijedi:

• galijevog arsenida;
• galij fosfld;
• galij nitrida;
• indij fosfld;
• indij galij arsenidni;
• galij arsenida aluminij;
• galija-indij galij-nitrid;
• fosfid, galij-indij.

valna duljina

Ovi spojevi - izravnom poluvodičkih materijala. Indirect- (silicij) ne emitiraju svjetlo s dovoljno snage i učinkovitosti. Valna duljina zračenja od diodnog lasera ovisi o energiji fotona energije približava pojas od dotičnog spoja. 3- i 4-komponente poluvodiča spojevi energije pojas može kontinuirano varirati u širokom rasponu. Na AlGaAs = Al _x Ga _1-X kako je, na primjer, povećanje sadržaja aluminijuma (povećanje x) ima za posljedicu povećanje energetske pojas.

Dok su najčešći poluvodički laseri djeluju u bliskom infracrvenom dijelu spektra, neke emitiraju crveno (galij indij fosfid), plave ili ljubičaste (galij nitrida) boje. Prosječna infracrvena poluvodički laser (olovo selenid) i kvantna kaskadni laseri.

organski poluvodiči

Osim gore navedeni anorganski spojevi se mogu upotrijebiti i organska. Odgovarajuća tehnologija je još uvijek u fazi razvoja, no njezin razvoj obećava da će znatno smanjiti troškove proizvodnje lasera. Do sada, samo razvio organski laseri s još uvijek nije postignut optičke energije ulaz i visoke performanse električna pumpa.

vrsta

Od više poluvodičkih lasera s različitim parametrima i uporabna vrijednost.

Mali laser diode proizvode snop visoke kvalitete mehaničke zračenja čija snaga se kreće od nekoliko stotina do pet stotina mW. laser dioda čip je tanka pravokutna ploča koja služi kao valovod, od zračenja ograničena na malom prostoru. Crystal dopirani s obje strane za stvaranje PN-prijelaz velikog područja. Na uglačanim završava izradu optičkog rezonatora od Fabry - Perot interferometra. Foton prolaze kroz šupljinu uzrokuje rekombinacije zračenje će se povećati, te će započeti generacije. Oni se koriste u laser pointer, CD-a i DVD-playera, kao i optičkih vlakana.

Niske laseri snage i čvrste laseri s vanjskim šupljine za stvaranje kratke impulse može sinkronizirati događaje.

poluvodički laser s vanjskim šupljinu sastoji od laserske diode, koji igra važnu ulogu u sastavu dobiti srednje više laserskim rezonatora. Sposoban za promjenom valne duljine i imaju usku emisije bend.

Injection laseri su poluvodički područje zračenja u širokom pojasu, može generirati male snage kvaliteta zrake od nekoliko vata. Sastoji se od tankog sloja postavljenog aktivnog između p- i n-sloj, koji tvori dvostruku heterospojnu. Mehanizam zatočenje svjetla u poprečnom smjeru je nestala, što rezultira visokom eliptičnog snopa i neprihvatljivo visokih prag struje.

Snažni dioda polja, koji se sastoji od niza dioda, broadband, sposoban za proizvodnju snop osrednje kvalitete snage od nekoliko desetaka vata.

Snažni dvodimenzionalni nizovi dioda može generirati snagu stotine tisuća vata.

Površinski emitira laseri (VCSEL) emitira svjetlosni snop kvalitete izlaz u nekoliko mW okomito na ploču. Na zračenje površina rezonator zrcala nanosi u obliku sloja na dyna ¼ vala s različitim indeksa refrakcije. Na jednom čipu može biti nekoliko stotina lasera, koja otvara mogućnost masovne proizvodnje.

C VECSEL laseri optički energije ulaz i vanjski rezonator može generirati zraku kvalitetnih snage nekoliko vata po načinu zaključavanja.

Rad poluvodički laser tipa kvantna kaskada na temelju prijelaza unutar pojasa (za razliku od interband). Ovi uređaji emitiraju u srednjem dijelu infracrvenog spektra, ponekad u rasponu terahercnih. Oni se koriste, na primjer, kao plinskih analizatora.

Poluvodički laseri: primjena i glavni aspekti

High-power dioda laseri s vrlo električno pumpa pri umjerenim napona koriste se kao vrlo djelotvorno sredstvo za dobavu energije čvrstog stanja lasera.

Poluvodički laseri može raditi u velikom rasponu frekvencija koji uključuje vidljivo, infracrveno blisko i srednjeg infracrvenog dijela spektra. Created uređaji također mijenjati izducheniya frekvenciju.

Laser diode može brzo prebaciti i modulirati optički moć koja se koristi u svjetlovodni komunikacijske linije odašiljača.

Ove osobine su napravili poluvodički laseri su tehnološki najvažnija vrsta Maser. Oni se koriste:

• a telemetrijski senzori, Pirometri, optički visinomjer, daljinomjeri, znamenitosti, holografija;
• u vlakno optičkih sustava prijenosa i pohrane podataka, koherentne komunikacijskim sustavima;
• laserski pisači, video projektori, pokazivače, bar kod skener, skener slika, CD-playeri (DVD, CD, Blu-Ray);
• u sigurnosnim sustavima kvantne kriptografije, automatizacija, pokazatelja;
• optičke mjeriteljstvo i spektroskopije;
• u kirurgiji, stomatologiji, kozmetika, terapija;
• pročišćavanje voda, rukovanje materijalom, pumpanje čvrstog stanja lasera, kontrola kemijskih reakcija u industrijskoj sortiranje, industrijskih strojeva, sustava paljenja i protuzračne obrane sustava.

izlazni puls

Većina poluvodički laser stvara kontinuiranu zraku. Zbog kratkog vremena zadržavanja elektrona u razini kondukcija oni nisu vrlo pogodna za generiranje Q-switched impulsa, ali kvazi-kontinuirano način rada može značajno povećati kvantni generator snage. Osim toga, poluvodički laseri mogu se koristiti za proizvodnju ultra impulsni način zaključana ili prebacivanje dobitka. Prosječna snaga kratke impulse, obično ograničena na nekoliko mW osim VECSEL-optički pumpa lasera, koji izlaz snagom izmjerenih pikosekundnim impulse sa frekvencijom u desecima GHz.

Modulacija i stabilizacije

Prednost kratkog boravka elektrona u vodljivi pojas poluvodičkih lasera je sposobnost da moduliraju visoke frekvencije koje imaju VCSEL-laser prelazi 10 GHz. To je bio korišten u optičkom prijenosu podataka, spektroskopiji, laserski stabilizacijskom.