Yarı İletken Lazerler: Cihazın tipleri, çalışma prensibi, kullanımı

Yarı iletken lazerler uyarılmış emisyon optik amplifikasyon alanında serbest yük taşıyıcılarının yüksek bir konsantrasyonda kuantum enerji düzeyi arısında bir geçiş oluşturulur, burada bazlı yarı-iletken aktif ortam, kuantum jeneratör bulunmaktadır.

Yarı iletken lazer: çalışma prensibi

Normalde, elektronların çoğunluğunun değerlik katında yer. enerji bant aralığı, bir yarı iletken aşan bir yaklaşım foton enerjisinin sırasında elektronlar uyarma haline gelir ve alt kenarında konsantre bir serbest bölgeye hareket yasak bölge kırma. Aynı anda, bir delik üst sınırına yükselerek değerlik seviyesinde kurdu. serbest bölgede elektron foton şeklinde kopma bölgesinin enerjisine eşit enerji, ışıma, delikli bir araya toplamaktadır. Rekombinasyon yeterli enerji seviyesine sahip fotonlar tarafından güçlendirilebilir. Sayısal açıklama Fermi dağılım fonksiyonuna karşılık gelir.

cihaz

yarı iletken lazer cihazı olan lazer diod iletken yarı iletken p- ve n-tipi temas noktası - alan p-n-geçiş enerji elektronları ve delikleri pompalanır. Ayrıca, kiriş bölgeleri içinde geçişler dayanmaktadır hafif ve kuantum kaskad lazerler, foton absorpsiyonu ile oluşturulduğu optik enerji girişi ile yarı iletken lazerler bulunmaktadır.

yapı

aşağıdaki gibi tipik bileşikler, yarı iletken lazerler ve diğer optoelektronik aygıtlar kullanılmaktadır:

• galyum arsenit;
• galyum fosfit;
• galyum nitrür;
• indiyum fosfit;
• indiyum, galyum arsenit;
• galyum arsenit alüminyum;
• galyum-indiyum-galyum nitrür;
• fosfit, galyum-indiyum.

dalga boyu

Bu bileşikler, - direkt boşluk yarıiletkenler. Indirect- (silikon) yeterli kuvvet ve verimlilik ile ışık yaymaz. dalga boyu radyasyonun diyot lazerinin özel bileşiğin bant aralığı yaklaşımlar foton enerji enerjiye bağlıdır. 3- ve 4-bileşenli yarı iletken bileşikler, enerji bant boşluk geniş bir aralık üzerinde sürekli olarak değiştirilebilir. AlGaAs 'de = Al alüminyum içeriği (x artış) enerji bant boşluk artışın etkisinin olduğu, örneğin, de Ga _{1-x x.}

En yaygın yarı iletken lazerler spektrumun yakın kızılötesi kısmında faaliyet iken, bazı kırmızı (galyum indiyum fosfit), mavi veya mor (galyum nitrür) renkleri yayarlar. Ortalama kızılötesi yarıiletken lazer (kurşun selenide) ve kuantum kaskad lazerler.

organik yarı iletkenler

Yukarıda inorganik bileşikler kullanılabilir ve organik olabilir yanında. Uygun teknoloji geliştirme aşamasında, ama onun gelişmesi önemli ölçüde lazer üretim maliyetini azaltmak için vaat ediyor. Şimdiye kadar sadece optik enerji girişi ve yüksek performanslı elektrikli pompa henüz ulaşılmamıştır ile organik lazerler geliştirilmiştir.

tür

farklı parametreler ve uygulama değeri ile yarı iletken lazerler, bir çok ile.

Küçük lazer diyot güç aralıkları birkaç yüz beş yüz milliwatts yüksek kaliteli mekanik radyasyonun bir ışın üretirler. lazer diyotu çip küçük bir alan ile sınırlı radyasyon için, bir dalga kılavuzu olarak işlev gören bir ince dikdörtgen plaka vardır. Kristal geniş bir alanın bir pn-geçiş oluşturmak için her iki da içerebilmektedir. Perot interferometre - cilalı uçları bir Fabry bir optik rezonatör oluşturun. boşluğundan geçerek Foton rekombinasyon radyasyon artacak neden ve nesli başlayacaktır. Bunlar lazer pointer, CD ve DVD oynatıcılar, hem de fiber optik kullanılır.

Düşük güçlü lazerler ve olayları senkronize olabilir kısa darbeler üretmek için bir dış oyuk ile katı lazerler.

Kazanç ortamı daha fazla lazer rezonatörün bileşim içinde bir rol oynayan bir lazer diyodu oluşan bir dış oyuk, yarı iletken lazerler. Değişen dalga boylarında kapasitesine sahiptir ve dar bir emisyon grubu var.

Enjeksiyon lazerler birkaç Watt düşük kaliteli bir ışın güç oluşturabilir, geniş bir bant radyasyon yarı iletken bölgesi vardır. Bir çift hetero oluşturan p- ve n-tabaka arasında tanzim edilmiş bir ince aktif tabaka oluşur. yanal doğrultuda ışık hapsi mekanizması yüksek ışın elips ve kabul edilemez derecede yüksek bir eşik akımları meydana gelir ki, eksiktir.

watt onlarca vasat kalitesi gücü bir ışın üretebilen diyotlar, geniş bant, bir dizi oluşan güçlü diyot dizileri.

diyotların Güçlü iki boyutlu diziler watt yüzbinlerce bir güç oluşturabilir.

Yüzey yayan lazerler (VCSEL) plakaya dik çeşitli miliwatt ışık çıkış ışın kalitesi yayan. rezonatör aynanın radyasyon yüzeyi din katman şeklinde ¼ farklı olan dalga uygulanan üzerinde kırılma indeksleri. Tek bir çip üzerinde seri üretim imkanı doğmaktadır birkaç yüz lazerler, yapılabilir.

Cı VECSEL optik enerji girişi ve bir mod kilitleme birkaç watt kaliteli gücü bir ışın üretebilen bir dış rezonatör lazerler.

(Bantlararası aksine) bandında geçişler göre iş yarı iletken lazer kuantum kaskad tipi. Bu cihazlar bazen Terahertz aralığında, enfraruj spektrumunun orta bölgesinde yayarlar. Bunlar gaz analiz, örneğin, kullanılır.

Yarıiletken lazerler: Uygulama ve ana yönleri

yüksek elektriksel olarak orta voltajlarda pompalanır ile yüksek güç diyod lazerleri, enerji temini oldukça etkili bir araç olarak kullanılan katı hal lazerleri.

Yarı iletken lazerler spektrumun görünür, kızıl ötesine yakın ve orta enfraruj kısmını içeren bir frekans büyük bir aralıkta çalışabilir. Düzenlendi cihazlar da izducheniya frekansını değiştirmek için.

Lazer diyotlar hızlı bir şekilde geçiş ve fiber optik iletişim hatları vericiler kullanılan optik gücü modüle edebilir.

Bu özellikler yarıiletken lazerler teknolojik maser en önemli türüdür yaptık. Onlar kullanılır:

• Bir telemetri sensörleri, pirometre, optik altımetre, rangefinders, yerler, holografi;
• Fiber optik iletim sistemleri ve veri depolama, tutarlı iletişim sistemlerinde;
• Lazer yazıcılar, projeksiyon, işaretçileri, barkod tarayıcı, görüntü tarayıcı, CD-çalarlar (DVD, CD, Blu-Ray);
• güvenlik sistemleri, kuantum kriptografi, otomasyon, göstergelerde;
• Optik metroloji ve Spektroskopide;
• cerrahide, diş hekimliği, kozmetik, tedavi;
• su arıtma, malzeme taşıma, katı hal lazerleri pompalama maddeleri sıralama kimyasal reaksiyonlar, endüstriyel makine, ateşleme sistemleri ve hava savunma sistemlerinin kontrolü.

darbe çıkışı

En çok yarı iletken lazer, sürekli bir ışını üretir. Nedeniyle iletim düzeyi elektron kısa kalma süresi için bir Q-anahtarlı darbeler üretmek için çok uygun değildir, ancak işlemin yarı-sürekli tarzda önemli ölçüde kuantum jeneratör gücünü artırabilir. Buna ek olarak, yarı iletken lazerler, ultra darbe modu kilitli veya kazanç anahtarlama üretimi için kullanılabilmektedir. Ortalama güç kısa darbeler, genellikle çıktı watt gigahertz onlarca bir frekans ile pikosaniye darbeleri ölçülen VECSEL-optik olarak pompalanır lazerler hariç birkaç miliwatt sınırlandırıcı.

Modülasyon ve stabilizasyon

yarı iletken lazerler iletim bandı kısa kalma elektron avantajı 10 GHz aşan VCSEL-lazerleri yüksek frekansının modüle edilmesi için yeteneğidir. Bu optik veri iletimi, spektroskopi, lazer stabilizasyon kullanılmıştır.