Els làsers semiconductors: tipus de dispositiu, el principi de funcionament, l'ús de

Els làsers semiconductors són generadors quàntics medi actiu semiconductor basat, en què l'amplificació òptica per emissió estimulada es crea en la transició entre els nivells d'energia quàntica a una alta concentració de portadors de càrrega lliures a la zona.

làser de semiconductor: principi de funcionament

Normalment, la majoria dels electrons troba en el nivell de valència. Durant energia fotònica enfocament superior a la banda prohibida d'energia, un semiconductor, els electrons entren en l'estat d'excitació, i trencar la zona prohibida, movent-se en una zona lliure, concentrant-se en la seva vora inferior. Alhora, un forat format en el nivell de valència, arribant a la seva vora superior. Els electrons en la zona lliure recombinen amb forats, irradiant energia igual a l'energia de la zona de ruptura, en forma de fotons. La recombinació pot ser millorada pels fotons amb el nivell d'energia suficient. descripció numèrica correspon a la funció de distribució de Fermi.

dispositiu

El dispositiu làser de semiconductor és un díode làser bombat electrons d'energia i els forats en l'àrea de p-n-transició - el punt de contacte amb la p- semiconductor conductora de tipus n. A més, hi làsers semiconductors amb entrada d'energia òptica en el qual el feix es forma per l'absorció de fotons de làsers de cascada de llum i quàntics, que es basen en les transicions dins de les zones.

estructura

Els compostos típics utilitzats en làsers semiconductors i altres dispositius optoelectrònics, com segueix:

• arsenur de gal·li;
• fosfur de gal·li;
• nitrur de gal·li;
• fosfur d'indi;
• arseniür d'indi i gal·li;
• arsenur de gal·li alumini;
• nitrur de gal·li-indi-gal·li;
• fosfur, gal·li-indi.

longitud d'ona

Aquests compostos - semiconductors de gap directe. Indirectament (silici) no emet llum amb la força i l'eficiència suficient. La longitud d'ona de la radiació del làser de díode depèn de l'energia de l'energia del fotó s'apropa a l'interval de banda del compost particular. El compostos semiconductors d'energia de banda prohibida de 3 i 4-component pot ser contínuament variat en un ampli interval. En AlGaAs = A _x Ga _1-x com, per exemple, l'augment del contingut d'alumini (augment x) té l'efecte d'augment de la banda prohibida d'energia.

Mentre que els làsers semiconductors més comuns operen a la part de l'infraroig proper de l'espectre, alguns emeten colors vermell (gal·li fosfur d'indi), blau o porpra (nitrur de gal·li). làser mitjana infraroja semiconductor (selenur de plom) i làser de cascada quàntica.

semiconductors orgànics

A més dels compostos inorgànics anteriors es poden utilitzar i orgànica. La tecnologia apropiada està encara en desenvolupament, però el seu desenvolupament promet reduir significativament el cost de producció dels làsers. Fins ara, només desenvolupat làsers orgànics amb encara no s'ha arribat a l'entrada d'energia òptica i bomba elèctrica d'alt rendiment.

espècies

Per una pluralitat de làsers semiconductors amb diferents paràmetres i valor de l'aplicació.

díodes làser petits produeixen un feix de radiació mecànica d'alta qualitat els rangs de potència des d'uns pocs centenars a cinc-cents milivatios. el xip de díode làser és una placa rectangular prima, que serveix com una guia d'ones, ja que la radiació limitada a un espai petit. Vidre dopat amb les dues parts per crear una transició pn d'una àrea gran. Els extrems polits creen un ressonador òptic d'un interferòmetre Fabry - Perot. Fotó passa a través de la cavitat per fer que la radiació de recombinació s'incrementarà, i s'iniciarà la generació. S'utilitzen en punter làser, reproductor de CD i reproductors de DVD, així com de fibra òptica.

làsers de baixa potència i els làsers sòlids amb una cavitat externa per generar impulsos curts poden sincronitzar esdeveniments.

làsers de semiconductor amb una cavitat externa que consta d'un díode làser, que exerceix un paper en la composició del guany mitjana més ressonador de làser. Capaç de canviar les longituds d'ona i tenen una banda d'emissió estreta.

làsers d'injecció són regió semiconductora de la radiació en una banda ampla, pot generar una potència de llum d'encreuament qualitat de diversos watts. Es compon d'una capa activa prima disposada entre la p- i n-capa, formant un doble heterounión. El mecanisme de confinament de la llum en la direcció lateral es troba, el que resulta en alta elipticitat biga i corrents de llindar inacceptablement alts.

Potents matrius de díodes, que consta d'una matriu de díodes, de banda ampla, capaços de produir un feix de potència mediocre qualitat de desenes de watts.

Poderoses matrius bidimensionals de díodes poden generar una potència de centenars de milers de watts.

-Superfície d'emissió làser (VCSEL) que emet la qualitat del feix de sortida de llum en diversos milivatios perpendicular a la placa. A la superfície de radiació del mirall ressonador s'aplica en forma de capes en dines ¼ d'ona amb diferents índexs de refracció. En un sol xip es poden fer diversos centenars de raigs làser, el que obre la possibilitat de la producció en massa.

C VECSEL làsers entrada d'energia òptica i un ressonador extern capaç de generar un feix d'energia de bona qualitat de diversos watts en un bloqueig de manera.

làser de semiconductor de treball tipus de cascada quàntica basat en les transicions dins de les bandes (en contrast amb la interbanda). Aquests dispositius emeten en la regió mitjana de l'espectre infraroig, de vegades en el rang dels terahertzs. S'utilitzen, per exemple, com analitzadors de gas.

Semiconductors làser: l'aplicació i els principals aspectes de la

làsers de díode d'alta potència amb molt bombat elèctricament a tensions moderades s'utilitzen com a mitjà molt eficaç de subministrar energia làsers d'estat sòlid.

Els làsers semiconductors poden operar en una àmplia gamma de freqüències que inclou la part visible, infraroig proper i mitjà infraroja de l'espectre. Creats a dispositius també canvien izducheniya freqüència.

díodes làser poden canviar ràpidament i modular la potència òptica que s'utilitza en línies de fibra òptica de comunicació transmissors.

Aquestes característiques han fet làsers semiconductors són tecnològicament el tipus més important de màser. S'utilitzen:

• uns sensors de telemetria, piròmetres, altímetre òptic, telèmetres, llocs d'interès, l'holografia;
• en sistemes de transmissió de fibra òptica i l'emmagatzematge de dades, els sistemes de comunicació coherents;
• impressores làser, projectors de vídeo, punters, escàner de codi de barres, escàner d'imatges, reproductors de CD (DVD, CD, Blu-Ray);
• en sistemes de seguretat, criptografia quàntica, l'automatització, els indicadors;
• en metrologia òptica i espectroscòpia;
• en cirurgia, odontologia, cosmetologia, teràpia;
• la purificació de l'aigua, maneig de materials, bombament de làsers d'estat sòlid, el control de les reaccions químiques en la classificació industrial, maquinària industrial, sistemes d'encesa, i els sistemes de defensa aèria.

sortida d'impulsos

La majoria de làser semiconductor genera un feix continu. A causa del temps de residència curt d'electrons en el nivell de conducció que no són molt adequats per a la generació d'una polsos de commutació de Q, però la manera quasi-continu de funcionament poden augmentar significativament la potència del generador quàntic. A més, els làsers semiconductors es poden utilitzar per a la generació de manera bloquejat de polsos ultracurts o de commutació del guany. polsos curts d'energia mitjana, limiten generalment a uns pocs milivatios excepte làsers VECSEL-bombat òpticament, que potencia de sortida mesura impulsos d'picosegons amb una freqüència en les desenes de GHz.

La modulació i l'estabilització

L'avantatge d'electrons de residència curt en la banda de conducció de làsers semiconductors és la capacitat de modular l'alta freqüència que té VCSEL-làsers superin els 10 GHz. S'ha utilitzat en la transmissió de dades òptica, espectroscòpia, l'estabilització làser.