Polprevodniški laserji: vrste naprave, načelo delovanja, uporaba

Polprevodniški laserji so kvantni generatorji polprevodniški osnovi aktivno sredstvo, pri čemer je optično ojačanje z vzbujeno povzročajo na prehodu med kvantnih energijskih nivojev pri visoki koncentraciji prostih nosilcev naboja na tem območju.

Polprevodniški laser: princip delovanja

Običajno večina elektronov se nahaja na ravni valenco. Med pristop fotonov energije nad vrzel pas energije, polprevodnikov, elektroni pridejo v stanju vzbujanja in lomljenje prepovedano cono, ki se gibljejo v prosto cono, s poudarkom na spodnjem robu. Hkrati luknja nastala na ravni valentno, narašča do zgornje meje. Elektroni v prosti coni rekombinacije z luknjami, sevalni energijo, ki je enaka energiji porušitvi cone, v obliki fotonov. Rekombinacija je mogoče povečati s fotoni, ki imajo zadostno raven energije. Numerična opis ustreza funkciji distribucije Fermi.

naprava

Naprava za polprevodniški lasersko je laserska dioda črpa energijo elektronov in luknje v območju p-n-prehod - točka stika s prevodno polprevodnikov P- in n-tipa. Poleg tega obstajajo polprevodniške laserje z optičnim dovedene energije, pri kateri je žarek, ki jih oblikuje absorpcijo fotonov svetlobe in kvantne kaskadno laserji, ki temeljijo na prehodih znotraj območij.

struktura

Značilne spojine uporabljajo v polprevodniški laserji in drugimi optoelektronski napravami, kot sledi:

• galijev arzenid;
• galijev fosfit;
• galij nitrid;
• indija fosfid;
• indij galij arzenida;
• galijev aluminij arzenid;
• galij-indija-galij nitrid;
• fosfid, galija, indija.

Valovna dolžina

Te spojine - direktno reže polprevodniki. Indirect- (silicij), ne oddajajo svetlobe z dovolj moči in učinkovitosti. Valovna dolžina sevanja diode laserja je odvisna od energije fotonov energije približa začetkom traku posamezne spojine. Razlika v 3- in 4-komponenta polprevodniške spojine energija glasbenega lahko zvezno menjati v širokem območju. Na AlGaAs = Al _x Ga _1-X, kot _je, na primer s povečanjem vsebnosti aluminija (povečan x) ima za posledico povečanje vrzeli energije pasu.

Medtem ko je najpogostejši polprevodniški laserji delujejo v bližnjem infrardečem delu spektra, nekateri oddajajo rdečo (galija indija fosfid), modro ali vijolično (galij nitrid) barve. Povprečni infrardeči polprevodniški laser (svinčev) in kvantne kaskadne laserji.

organski polprevodniki

Poleg zgoraj anorganske spojine se lahko uporabljajo in organski. Ustrezna tehnologija je še vedno v fazi razvoja, vendar je njen razvoj obljublja občutno zmanjšati stroške proizvodnje laserjev. Doslej je razvila le organske laserji s še ni bil dosežen optični vnos energije in visoko zmogljivo električno črpalko.

vrste

Z množice polprevodniških laserjev z različnimi parametri in vrednosti aplikacij.

Mala laserske diode proizvajajo žarek kakovostnega mehanskega valovanja, katerega moč se giblje od nekaj sto do petsto milivatov. laserske diode čip je tanka pravokotna plošča, ki služi kot valovod, saj je sevanje omejeno na majhnem prostoru. Crystal dopirane z obeh strani za ustvarjanje pn-prehod na velikem območju. V polirani konča ustvari optični resonator o Fabry - Perot interferometra. Photon skozi votline, da bo povzročil rekombinacija sevanje se bo povečala, in se bo začel v generacijo. Uporabljajo se v laserski kazalec, CD- in DVD-predvajalniki, kot tudi z optičnimi vlakni.

Nizke moči laserji in trdni laserji z zunanjim votlino za generiranje kratkih pulzov lahko sinhronizira dogodke.

polprevodniške laserje z zunanjim votlino sestoji iz laserske diode, ki igra vlogo pri sestavi ojačanja srednje več laser-resonatorja. Sposobna spreminjajoče valovnih dolžin in imajo ozek pas emisij.

Tlačno laserji so polprevodniški regija sevanja v širšem pasu, lahko ustvari nizko močjo kakovostnega curka nekaj vatov. Sestoji iz tanke aktivni plasti razporejen med P- in n-sloj, ki tvori dvojno heterostik. Mehanizem porodu svetlobe v prečni smeri manjka, kar ima za posledico visoko eliptičnost pramen in nesprejemljivo visokih praga toka.

Zmogljiva diode nizi, sestavljeni iz matrike diod, širokopasovne povezave, ki omogočajo žarek povprečen kakovosti moči deset vatov.

Zmogljive dvodimenzionalna nizi diod lahko ustvari moč sto tisoč vatov.

Površina sevanja laserjem (VCSEL), ki oddaja svetlobo kakovosti izhodno gredjo v več milivatov pravokotno na ploščo. Na je površina sevanja resonatorja ogledala nanese v obliki plasti v dynes ¼ valov z različnimi lomnimi količniki. Na enem čipu se lahko izvede več sto laserji, ki odpira možnosti za množično proizvodnjo.

C VECSEL laserji optični vložek energije in zunanjo resonator sposobna generirati žarek kakovostnega moč več vatov na zaklepanje način.

Delo polprevodniški laser Tip quantum kaskadnem osnovi prehodov v pasovih (v nasprotju z interband). Te naprave oddajajo v srednjem območju infrardečem spektru, včasih v območju teraherčnih. Uporabljajo se, na primer, kot analizatorjev plina.

Polprevodniški laserji: vloga in glavne vidike

Visoke moči diode laserji z visoko električno črpamo pri zmernih napetosti se uporabljajo kot zelo učinkovita sredstva za dovajanje energije polprevodniške laserje.

Polprevodniški laserji lahko deluje v velikem obsegu frekvenc, ki vključuje vidno, bližnji infrardeči in srednjega infrardečega dela spektra. Ustvaril naprav spremeni tudi izducheniya frekvenco.

Laserske diode lahko hitro preklopite in modulira optične moči, ki se uporablja v optičnih komunikacijskih vodov oddajnikov.

Te lastnosti so se polprevodniški laserji so tehnološko najbolj pomembna vrsta Maser. Uporabljajo jih:

• telemetrični senzorji, pirometri, optični višinomera, merilniki razdalj, znamenitosti, holografijo;
• v optičnih prenosnih sistemov in shranjevanje podatkov, skladnih komunikacijskih sistemov;
• laserski tiskalniki, video projektorji, kazalci, črtne kode skener, optični bralnik, CD-predvajalniki (DVD, CD, Blu-Ray);
• v varnostnih sistemih, kvantne kriptografije, avtomatizacije, kazalnikov;
• optični meroslovju in spektroskopije;
• v kirurgiji, zobozdravstvu, kozmetike, terapija;
• čiščenje vode, industrijska, črpanje polprevodniško laserjev, kontrolo kemičnih reakcij v industrijskem sortiranja, industrijskih strojev vžigne sisteme in zraka obrambnih sistemov.

impulzni izhod

Večina polprevodniški laser ustvarja neprekinjeno žarek. Glede na čas kratek prebivanje elektronov v ravni prevajanja niso zelo primerni za ustvarjanje a-Q vklopljen impulze, ampak kvazi-stalno način delovanja lahko bistveno poveča kvantni generator moči. Poleg tega lahko polprevodniški laserji se uporabljajo za proizvodnjo Ultrakratki pulznega načina zaklenjena ali preklop dobička. Povprečen električni kratki impulzi, navadno omejena na nekaj milivatov razen-VECSEL optičnega črpanja laserji, ki izhodna moč izmerjenih pikosekunde impulzov s frekvenco v deset GHz.

Modulacije in stabilizacija

Prednost kratkih elektrona zadrževanja v prevodnem pasu polprevodniških laserjev je sposobnost za moduliranje visoke frekvence, ki ima VCSEL laserje presega 10 GHz. To je bil uporabljen v optičnem posredovanje podatkov, spektroskopijo, laserske stabilizacijo.