Félvezető lézerek: típusú készülék működési elve, a használata

Félvezető lézerek kvantum generátorok bázisú félvezető aktív közeg, ahol az optikai erősítés által stimulált emisszió jön létre közötti átmenetnél a kvantum energia szintjét egy nagy koncentrációjú szabad töltéshordozók a területen.

Félvezető lézer: működési elve

Normális esetben, a legtöbb elektronok elhelyezkedik vegyértéke szinten. Során megközelítés foton energiája meghaladja az energia sávú, félvezető, elektronok lépnek az állam gerjesztés, és megtörve a tiltott zónában, mozgó vámszabadterületre koncentrálva alsó élénél. Egyidejűleg egy lyuk keletkezett a vegyérték szinten emelkedik a felső határ. Az elektronok a szabad zónában rekombinálódnak lyukakkal, sugárzó energiával egyenlő az energia a hasadási zóna, formájában fotonok. A rekombináció fokozható fotonok elegendő energia szintet. Numerikus leírás megegyezik a Fermi eloszlásfüggvény.

eszköz

A félvezető lézer eszköz egy lézerdióda pumpált energiájú elektronok és lyukak a területen p-n-átmenet - az érintkezési pont a vezetőképes félvezető p- és n-típusú. Továbbá, vannak olyan félvezető lézerek optikai energiabevitel, amelyben a sugár által képzett felszívódását fotonok a fény és kvantum kaszkád lézerek, amelyek alapján a átmenetek a zónákban.

struktúra

Tipikus alkalmazott vegyületek a félvezető lézerek és más optoelektronikai eszközök, az alábbiak szerint:

• gallium arzenid;
• gallium-foszfid;
• gallium nitrid;
• indium-foszfid;
• indium gallium arzenid;
• gallium-alumínium-arzenid;
• gallium-indium-gallium-nitrid;
• foszfid, gallium-indium.

hullámhossz

Ezek a vegyületek - a közvetlen-rés félvezetők. Indirect- (szilícium) nem bocsát ki fényt kellő erővel, és a hatékonyság. A hullámhossza a sugárzás a diódalézer függ az energia a fotonenergia megközelíti a sávú az adott vegyület. A 3- és 4-komponens félvezető vegyületek energia sáv rés folyamatosan változtatható széles tartományban. A AlGaAs = Al _x Ga _1-X néven, például, növekszik alumíniumtartalom (növekedése x) az a hatása, növekedése az energia sávú.

Míg a leggyakoribb félvezető lézerek működnek a közeli infravörös része a spektrum, néhány bocsátanak ki vörös (gallium-indium-foszfid), kék vagy bíbor (gallium-nitrid) színek. Átlagos infravörös félvezető lézer (ólom-szelenid) és kvantum kaszkád lézerek.

szerves félvezetők

A fentiek mellett a szervetlen vegyületek is alkalmazhatók, és a szerves. Megfelelő technológia még fejlesztés alatt áll, de a fejlődés azt ígéri, hogy jelentősen csökkenti a termelési költségeket a lézerek. Eddig csak a fejlett organikus lézerek optikai energiabevitel és a nagy teljesítményű elektromos szivattyú még nem érte el.

faj

Egy több félvezető lézerek különböző paraméterekkel és az alkalmazás értékét.

Kis lézer diódák termelnek egy sugár magas minőségű mechanikus sugárzás, amelynek teljesítmény tartományokat néhány 100-500 mW. A lézerdióda chip egy vékony téglalap alakú lemez, amely arra szolgál, mint egy hullámvezető, mivel a sugárzás korlátozódik egy kis helyet. Crystal adalékolt mindkét oldalán, hogy hozzon létre egy pn-átmenet egy nagy terület. A polírozott végek létre egy optikai rezonátor egy Fabry - Perot interferométer. Photon áthaladó üreg okoz rekombináció sugárzás növekedni fog, és indul a termelés. Hozzá vannak szokva a lézer, CD- és DVD-lejátszók, valamint üvegszálas.

Alacsony teljesítményű lézerek és szilárd lézerek külső üreg generáló rövid impulzusok szinkronizálja az eseményeket.

félvezető lézerek egy külső üreg amely egy lézerdióda, amely szerepet játszik az összetétel az erősítés közeg több lézer-rezonátor. Képes megváltoztatni hullámhosszúságú és keskeny emissziós sáv.

Injekciós lézerek félvezető tartomány sugárzás széles sáv, létrehoz egy gyenge minőségű gerenda ereje több watt. Ez egy vékony aktív réteg között elhelyezett p- és n-réteget, egy kettős heterojunction. A mechanizmus a bezártság fény oldalirányban hiányzik, ami magas nyaláb ellipticitás és elfogadhatatlanul magas küszöb áramok.

Erőteljes dióda sorok, amely egy sor diódák, szélessávú, amely képes előállítani a sugár közepes minőségű ereje tíz watt.

Erőteljes kétdimenziós tömbök diódák generálhat ereje több százezer watt.

Felületi-emittáló lézerek (VCSEL) kibocsátó fénykibocsátás sugárminőség több milliwatt merőleges a lapra. A sugárzási felületre a rezonátor tükör formájában alkalmazzuk a rétegek din ¼ hullám különböző törésmutatóval. Egyetlen chip lehet több száz lézer, amely megnyitja a lehetőséget a tömeggyártás.

C VECSEL lézerek optikai energiabevitel és a külső rezonátor képes egy gerendát jó minőségű teljesítménye több watt mód zár.

Work félvezető lézer kvantum kaszkád típusú alapuló átmenet a sávon belül (szemben a interband). Ezek a berendezések is bocsátanak ki a középső régióban az infravörös spektrum, néha a terahertz tartományban. Ezeket használják, például, a gáz analizátorok.

Félvezető lézerek: az alkalmazás és a fő szempontjai

Nagy teljesítményű diódás lézerek erősen elektromosan pumpált mérsékelt feszültségek használnak igen hatékony módon juttatja energia szilárdtest lézerek.

Félvezető lézerek működhet egy nagy frekvenciatartományban, amely magában foglalja a látható, közeli infravörös és középső infravörös része a spektrum. Alkotó eszközök is változik izducheniya frekvencia.

Lézer diódák gyorsan váltani, és modulálják az optikai teljesítmény, hogy a használt száloptikai kommunikációs vonalak adók.

Ezek a jellemzők tették félvezető lézerek technológiailag a legfontosabb típusa maser. Ezeket használják:

• a telemetriai érzékelők, pirométer, optikai magasságmérő, távolságmérő, épületek, holográfia;
• rost optikai átviteli rendszerek és az adatok tárolása, koherens kommunikációs rendszerek;
• lézernyomtatók, videovetítők mutatók, vonalkódolvasó, szkenner, CD-lejátszó (DVD, CD, Blu-Ray);
• A biztonsági rendszerek, kvantum kriptográfia, automatizálás, mutatókat;
• az optikai méréstechnikában és spektroszkópia;
• műtét, fogászat, kozmetika, kezelés;
• víztisztítás, anyagmozgatás, pumpálása szilárdtest lézerek, vezérlés kémiai reakciók ipari válogatás, ipari gépek, gyújtású rendszerek és légvédelmi rendszerek.

impulzus kimenet

A legtöbb félvezető lézer egy folyamatos fény. Mivel a rövid tartózkodási idő az elektronok a vezetési szinten ezek nem nagyon előállítására alkalmas Q-kapcsolt impulzusok, de kvázi folyamatos üzemmódban jelentősen növelheti a kvantum áramfejlesztő. Ezen túlmenően, a félvezető lézerek lehet használni a generációs fényimpulzusokra rögzített üzemmódú vagy kapcsolása az erősítés. Átlagos teljesítmény rövid impulzusok, általában csak néhány milliwatt, kivéve VECSEL-optikailag pumpált lézerek, amelyek kimeneti teljesítmény mért pikoszekundumos impulzusok frekvenciája a tíz gigahertz.

Moduláció és stabilizálás

Az előnye, hogy rövid tartózkodási elektron a vezetési sávban félvezető lézerek az a képesség, hogy modulálják a nagyfrekvenciás amelyek VCSEL-lézerek meghaladja a 10 GHz-es. Azt használják az optikai adatátvitel, spektroszkópia, lézer stabilizáció.