Pusvadītāju lāzeri: veidu ierīces, darbības princips, izmantot

Pusvadītāju lāzeri ir kvantu ģeneratori balstās pusvadītāju aktīvs vidējs, pie kam optiskā pastiprinājums, stimulētu izstarojumu ir izveidots pie pārejas starp kvantu enerģijas līmeni pie augstas koncentrācijas brīvo maksas pārvadātājiem šajā jomā.

Pusvadītāju lāzera: darbības princips

Parasti lielākā daļa elektroni atrodas uz valence līmenī. pieejas fotonu enerģija pārsniedz enerģētikas joslu atšķirība, pusvadītāju laikā elektroni nonāk stāvoklī uzbudinājuma, un laužot aizliegto zonu, virzās uz brīvajā zonā, koncentrējoties uz tā apakšējās malas. Vienlaikus caurums veidojas valence līmenī, pieaug tās augšējo robežu. In brīvajā zonā elektroni rekombinēties ar caurumiem, kas izstaro enerģiju, kas vienāda ar enerģiju no pārrāvuma zonas, kā fotonu. Rekombinācijas var uzlabot ar fotonu ar pietiekamu enerģijas līmeni. Skaitliskā apraksts atbilst Fermi sadalījuma funkciju.

ierīce

Pusvadītāju lāzera ierīce ir lāzera diode sūknē enerģijas elektroni un caurumi rajona p-n-pāreja - saskares punkts ar vadošām pusvadītāju p un n-tipa. Bez tam, pastāv pusvadītāju lāzeri, ar optisko enerģijas pievades, kurā stars tiek veidojas absorbcijas fotonu vieglo un kvantu kaskādes lāzeriem, kas balstās uz pārejām joslās.

struktūra

Tipiski savienojumi, ko izmanto pusvadītāju lāzeriem un citu Optoelektroniskās ierīces, tas ir:

• gallija arsenīda;
• gallija fosfīds;
• gallija nitrīda;
• indija fosfīds;
• indija gallija arsenīda;
• gallija alumīnijs arsenīda;
• gallija-indija-gallija nitrīda;
• fosfīds, gallija-indija.

viļņa garums

Šie savienojumi - tiešās spraugu pusvadītāji. Indirect- (silīcijs) neizstaro gaismu ar pietiekamu spēku un efektivitāti. No viļņa starojuma ar diožu lāzeri atkarīgs enerģijas fotonu enerģija tuvojas joslas plaisu konkrētā savienojuma. The 3- un 4-komponents pusvadītāju savienojumi enerģija joslu atšķirība var būt nepārtraukti daudzveidīgs plašā diapazonā. Pie AlGaAs = Al _x Ga _1-x, kā piemēram, palielinot alumīnija saturu (pieaugums x) ir sekas pieaugumu enerģijas joslu atšķirība.

Lai gan visbiežāk pusvadītāju lāzeri darboties tuvākajā infrasarkano spektra daļā, daži izdala sarkans (gallijs indija fosfīds), zilā vai purpura (gallija nitrīda) krāsas. Vidējais infrasarkano pusvadītāju lāzeru (svina selenīds) un kvantu kaskādi lāzeri.

organiskie pusvadītāji

Bez tam iepriekš minētie neorganiskie savienojumi var tikt izmantoti un organisko. Atbilstoša tehnoloģija vēl ir izstrādes stadijā, bet tā attīstība sola būtiski samazināt ražošanas izmaksas lāzeri. Līdz šim tikai attīstīta bioloģiskās lāzeri ar vēl nav sasniegts optiskā enerģijas ievade un augstas veiktspējas elektriskais sūknis.

suga

Ar daudziem pusvadītāju lāzeri ar dažādiem parametriem un pieteikuma vērtību.

Mazie lāzera diodes ražot staru augstas kvalitātes mehāniskās starojumu, kura jauda ir robežās no dažiem simtiem līdz piecsimt milivatiem. lāzera diode chip ir plāns taisnstūra plate, kas kalpo kā viļņvada, jo starojuma ierobežota ar nelielu atstarpi. Crystal leģēti ar abām pusēm, lai radītu pn-pāreja lielu platību. Par pulēts gali rada optisko rezonatora par Fabri - Perot interferometru. Fotonu iet caur dobumā izraisīt krustmija radiācija pieaugs, un sāks paaudzes. Tos izmanto lāzera rādītājs, CD un DVD atskaņotāji, kā arī optiskās šķiedras.

Zemas jaudas lāzeri un cietie lāzeri ar ārēju dobumu radot īsus impulsus var sinhronizēt notikumiem.

pusvadītāju lāzeri ar ārēju dobumā, kas sastāv no lāzera diodes, kas spēlē lomu sastāvu gain vidēja vairāk lāzera rezonatoru. Spēj mainīt viļņu garumiem un ir šaurs emisijas joslā.

Injekciju lāzeri ir pusvadītāju reģions starojuma plašā joslā, var radīt zemu kvalitāti staru spēku vairāku vatos. Tas sastāv no plānas aktīvajā slānī ir izvietota starp p- un n-slāni, veidojot divkāršu heterojunction. Apcietināto gaismas šķērsvirzienā mehānisms ir trūkst, kas rada lielu staru Elipses formas un nepieļaujami augstu slieksni straumēm.

Jaudīgi diožu bloki, kas sastāv no masīva diodes, platjoslas, kas spēj ražot staru viduvējas kvalitātes spēku desmitiem vati.

Jaudīgi divdimensiju bloki diožu var radīt spēku simtiem tūkstošu vati.

Surface izstarojošās lāzeriem (VCSEL) izstaro gaismas izejas staru kvalitāti vairākās milivatiem perpendikulāri stikla plāksnei. Par radiācijas virsma rezonatoru spogulis tiek piemērota formā slāņu diniem ¼ viļņa ar dažādiem refrakcijas koeficientiem. Uz vienas mikroshēmas var veikt vairākus simtus lāzeri, kas paver iespēju masveida ražošanu.

C VECSEL lāzeri optisko enerģijas un ārējo rezonatoru, kas spēj radīt staru labas kvalitātes varas vairāku vati pie režīma atslēga.

Darba pusvadītāju lāzera kvantu kaskādes tipa, pamatojoties uz pārejas ietvaros joslas (atšķirībā no interband). Šīs ierīces izdala vidējā reģionā infrasarkanajā spektrā, dažreiz terahertz diapazonā. Tos izmanto, piemēram, kā gāzes analizatori.

Pusvadītāju lāzeri: pieteikumu , un galvenie aspekti

Augstas jaudas diožu lāzeri ar ļoti elektriski sūknē mērenā spriegumu tiek izmantoti kā ļoti efektīvu līdzekli, kas piegādā enerģiju cietvielu lāzeri.

Pusvadītāju lāzeri var darboties lielā frekvenču diapazonā, kas ietver redzams, netālu infrasarkano un vidējo infrasarkano spektra daļa. Izveidotie ierīces arī mainīt izducheniya frekvenci.

Lāzera diodes var ātri pārslēgties un modulēt optisko jaudu, kas tiek izmantots optiskās šķiedras sakaru līnijas raidītāju.

Šīs īpašības ir veikuši pusvadītāju lāzeri ir tehnoloģiski vissvarīgākais veids masér. Tos izmanto:

• a telemetrijas sensori, pirometri, optisko altimetrs, Tālmēri, tēmekļi, Hologrāfija;
• fiber optisko pārraides sistēmu un datu glabāšanu, saskanīgu komunikāciju sistēmām;
• lāzera printeri, video projektori, norādes, svītru kodu skeneris, attēlu skeneris, CD-atskaņotāji (DVD, CD, Blu-Ray);
• drošības sistēmas, kvantu kriptogrāfijā, automatizācija, rādītājus;
• optisko metroloģijas un spektroskopijas;
• ķirurģijā, zobārstniecībā, kosmetoloģija, terapija;
• ūdens attīrīšana, materiālu apstrāde, sūknēšana cietvielu lāzeri, kontrole ķīmisko reakciju rūpniecības kārtošanu, rūpnieciskām iekārtām, aizdedzes sistēmu un gaisa aizsardzības sistēmām.

pulsa izeja

Lielākā pusvadītāju lāzeru rada nepārtrauktu staru kūli. Sakarā ar īso uzturēšanās laiku elektroni vadīšanas līmenī tie nav ļoti piemērots radot Q-pārslēdzamie impulsus, bet gandrīz nepārtrauktai darbības režīmā var ievērojami palielināt kvantu ģeneratora jaudu. Turklāt, pusvadītāju lāzeri var izmantot paaudzes ultrashort impulsa režīmā bloķēta vai komutācijas laimestu. Vidējā jauda īsi impulsi, kas parasti aprobežojas ar dažiem milivatiem izņemot VECSEL-optiski sūknē lāzeri, kuru izejas jauda, mērot picosecond impulsus ar frekvenci, kas desmitiem gigahercu.

Modulācija un stabilizācija

Par īstermiņa uzturēšanās elektronu vadīšanas joslas pusvadītāju lāzeru priekšrocība ir spēja modulēt augstas frekvences, kas ir VCSEL-lāzeri pārsniedz 10 GHz. Tas ir ticis izmantots optisko datu pārraides, spektroskopijā, lāzera stabilizācija.