Halvlederlasere: apparattyper, driftsprinsippet, bruk av

Halvlederlasere er kvante-generatorer basert aktive halvleder medium, karakterisert ved at den optiske forsterkning ved stimulert emisjon er opprettet ved overgangen mellom de kvante energinivået ved en høy konsentrasjon av frie ladningsbærere i området.

Halvlederlaser: Virke

Normalt vil mesteparten av elektroner som ligger på nivå valens. Under tilnærmingen fotonenergi som overskrider energibåndgapet, en halvleder, elektroner kommer inn i den tilstand av eksitasjon, og å bryte den forbudte sone, beveger seg inn i en fri sone, konsentrering ved sin nedre kant. Samtidig, et hull dannet i valens nivå, stiger til sin øvre grense. Elektronene i den frie sone rekombinerer med hull, som stråler energi lik energien av bruddsonen, i form av fotoner. Rekombinasjon kan forbedres ved fotoner med tilstrekkelig energinivå. Numerisk beskrivelse tilsvarer den Fermi fordelingsfunksjonen.

enhet

Halvlederlaseranordningen er en laserdiode pumpet energi elektroner og hull i området p-n-overgang - kontaktpunktet med den ledende halvleder p- og n-type. Videre er halvlederlasere med optisk energitilførsel i hvilken strålen er dannet ved absorpsjon av fotoner av lys og kvantekaskadelaser lasere, som er basert på overgangene innenfor sonene.

struktur

Typiske forbindelser som anvendes i halvlederlasere og andre optiske anordninger, som følger:

• galliumarsenid;
• gallium fosfid;
• galliumnitrid;
• indiumfosfid;
• indium galliumarsenid;
• gallium aluminium arsenid;
• gallium-indium-gallium-nitrid;
• fosfid, gallium-indium.

bølgelengde

Disse forbindelser - direkte gap halvledere. Indirect- (silisium) ikke avgir lys med tilstrekkelig styrke og effektivitet. Bølgelengden for strålingen fra diodelaseren er avhengig av energien av fotonenergien nærmer seg bånd gap av den spesielle forbindelse. 3- og 4-komponenten halvlederforbindelser energibåndgapet kunne varieres kontinuerlig over et stort område. Ved AlGaAs = Al Ga _{x 1-x} As, for eksempel å øke aluminiuminnholdet (øke i x) har effekten av økningen i energibåndet gap.

Mens de mest vanlige halvleder-lasere opererer i det nære infrarøde del av spekteret, noe avgir røde (galliumindiumfosfid), blå eller fiolett (Galliumnitrid) farger. Gjennomsnittlig infrarød halvlederlaser (bly selenid) og kvantekaskadelaser lasere.

organiske halvledere

Foruten de ovennevnte uorganiske forbindelser kan anvendes og organisk. Riktig teknologi er fortsatt under utvikling, men utviklingen ser ut til å redusere kostnadene ved produksjon av lasere. Så langt er det bare utviklet organiske lasere med optisk energiforbruk og høy ytelse elektrisk pumpe har ennå ikke nådd.

arter

Ved en flerhet av halvlederlasere med forskjellige parametere og anvendelse verdi.

Små laserdioder frembringe en stråle med høy kvalitet mekanisk stråling med kraft varierer fra noen få hundre til fem hundre milliwatt. laserdioden brikken er en tynn rektangulær plate, som tjener som en bølgeleder, idet strålingen er begrenset til en liten plass. Krystall dopet med begge sider for å skape en pn-overgang i et stort område. De polerte ender skape en optisk resonator med en Fabry - Perot interferometer. Photon passerer gjennom hulrommet for å bevirke rekombinering stråling vil øke, og vil starte generering. De brukes i laserpeker, CD- eller DVD-spillere, så vel som fiberoptikk.

Laveffektslaserene og faste lasere med en ytre hulrom for å generere korte pulser kan synkronisere hendelser.

halvlederlasere som har et ytre hulrom som består av en laserdiode, som spiller en rolle i sammensetningen av forsterkningsmediet mer laser-resonator. Stand til å endre bølgelengder og har en smal emisjonsbånd.

Injeksjons lasere er halvlederområde av stråling i et bredt bånd, kan generere en lav kvalitet stråleeffekt på flere watt. Den består av et tynt aktivt lag anordnet mellom p- og n-sjikt, som danner et dobbelt hetero-overgang. Mekanismen for innesperring av lys i sideretningen mangler, noe som resulterer i høy bjelke elliptisitet og uakseptabelt høye terskelstrømmer.

Kraftige diodeoppstillinger, som består av en matrise av dioder, bredbånd, i stand til å produsere en stråle av middelmådig kvalitet kraft på flere titalls watt.

Kraftige todimensjonale matriser av dioder kan generere en strøm av hundretusener av watt.

Overflate-emitterende lasere (VCSEL) som emitterer lys utgangsstrålekvalitet på flere milliwatt vinkelrett på platen. På den strålingsflate for resonatoren speilet er påført i form av lag i dyn ¼ bølge med forskjellige brytningsindekser. På en enkelt brikke kan lages flere hundre lasere, som åpner opp muligheten for masseproduksjon.

C VECSEL lasere optisk energi-inngang og en ytre resonator stand til å generere en stråle av god kvalitet kraft på flere watt ved en modus låsing.

Arbeid halvlederlaser kvantekaskadelaser typen basert på overganger i båndene (i motsetning til den interband). Disse anordninger avgir i det midtre område av det infrarøde spektrum, noen ganger i den terahertz rekkevidde. De anvendes for eksempel som gassanalysatorer.

Semiconductor lasere: søknaden og de viktigste aspektene ved

Høyeffekts diodelasere med meget godt elektrisk pumpes ved moderate spenninger blir brukt som svært effektivt middel for å tilføre energi halvlederlasere.

Halvlederlasere kan operere i et stort frekvensområde som omfatter det synlige, nær infrarøde og midtre infrarøde delen av spekteret. Opprettet enheter for å også endre izducheniya frekvens.

Laserdioder kan raskt bytte og modulere den optiske energi som benyttes i fiberoptiske kommunikasjonslinjer sendere.

Disse egenskapene har gjort halvleder lasere er teknologisk den viktigste typen maser. De brukes:

• et telemetrisystem sensorer, pyro, optisk høydemåler, avstandsmålere, sikter, hologram;
• i fiberoptiske transmisjonssystemer og lagring av data, koherente kommunikasjonssystemer;
• laserskrivere, videoprosjektører, pekere, strekkodeleser, bildeskanner, CD-spillere (DVD, CD, Blu-Ray);
• i sikkerhetssystemer, quantum kryptografi, automasjon, indikatorer;
• i optisk metrologi og spektroskopi;
• i kirurgi, odontologi, kosmetikk, terapi;
• vannrensing, materialhåndtering, pumping av halvlederlasere, kontroll av kjemiske reaksjoner i industriell sortering, industrielt maskineri, tenningssystemer, og luftvernsystemer.

pulsutgang

De fleste halvleder laser frembringer en kontinuerlig stråle. På grunn av den korte oppholdstid av elektroner i ledningsnivået de er lite egnet til å generere en Q-svitsjede pulser, men kvasi-kontinuerlig arbeidsmåte i betydelig grad kan øke den kvante generatorkraft. I tillegg, kan halvlederlasere bli anvendt for generering av ultra puls-modus-låst eller omkopling av forsterkningen. Gjennomsnittlig strøm korte pulser, vanligvis begrenset til noen få milliwatt, bortsett VECSEL-optisk pumpet laser, hvilken utgang wattstyrke målt picosecond pulser med en frekvens i titalls gigahertz.

Modulering og stabilisering

Fordelen med kort oppholdstid elektron i ledningsbåndet av halvlederlasere er evnen til å modulere den høye frekvens som har VCSEL-lasere stiger 10 GHz. Det har vært brukt i optisk dataoverføring, spektroskopi, laser stabilisering.