Semiconductor Lasers: Aina ya kifaa, kanuni za uendeshaji, matumizi ya

Semiconductor lasers ni quantum jenereta msingi semiconductor kazi kati, ambayo kujiongezea nguvu za macho na chafu drivas iliyoundwa katika kipindi cha mpito kati ya ngazi ya nishati quantum wa viwango vya juu ya bure bila malipo flygbolag katika eneo hilo.

Semiconductor laser: kanuni ya uendeshaji

Kwa kawaida, idadi kubwa ya elektroni iko katika ngazi ya valency. Wakati wa mbinu photon nishati mno nishati band pengo, semiconductor, elektroni kuja katika hali ya uchochezi, na kuvunja zone haramu, kuhamia katika ukanda wa bure, kuzingatia katika makali yake ya chini. Wakati huo huo, shimo sumu katika ngazi Valence, kuongezeka na mpaka yake ya juu. elektroni katika eneo huru kuungana tena na mashimo, meremeta nishati sawa na nishati ya ukanda kupasuka, katika hali ya fotoni. Uunganishaji-tena inaweza kuongezwa kwa fotoni na kiwango nishati ya kutosha. Maelezo namba inalingana na Fermi kazi usambazaji.

kifaa

kifaa semiconductor laser ni laser diode pumped elektroni nishati na mashimo katika eneo la p-n-mpito - hatua ya kuwasiliana na conductive semiconductor p- na n-aina. Aidha, kuna semiconductor lasers na macho pembejeo nishati ambayo boriti inaundwa na ngozi ya fotoni wa mwanga na quantum kuteleza lasers, ambayo ni msingi wa mabadiliko ndani ya maeneo ya.

muundo

misombo ya kawaida kutumika katika lasers semiconductor na vifaa vingine optoelectronic, kama ifuatavyo:

• gallium arsenide;
• gallium fosfidi;
• gallium nitride;
• INDIUM fosfidi;
• INDIUM gallium arsenide;
• galiamu alumini arsenide;
• galiamu-INDIUM-gallium nitride;
• fosfidi, galiamu-INDIUM.

wavelength

Hizi misombo - moja kwa moja-pengo halvledare. Indirect- (silicon) haina emit mwanga kwa nguvu ya kutosha na ufanisi. wavelength ya mionzi ya diode laser inategemea nishati ya nishati photon mbinu band pengo la kiwanja fulani. 3- na 4 sehemu semiconductor misombo nishati band pengo inaweza kuwa kuendelea mbalimbali juu ya aina mbalimbali. Wakati AlGaAs = Al _x Ga _1-x Kama, kwa mfano, kuongeza alumini maudhui (kuongezeka kwa x) ina athari ya kuongezeka kwa pengo nishati bendi.

Wakati kawaida lasers semiconductor kazi katika karibu sehemu infrared ya wigo, baadhi emit nyekundu (galiamu INDIUM fosfidi), rangi ya bluu au rangi ya zambarau (gallium nitride) rangi. Wastani infrared semiconductor laser (risasi SELENIDE) na quantum kuteleza lasers.

halvledare hai

Zaidi ya hapo juu misombo isokaboni inaweza kutumika na viumbe hai. teknolojia sahihi bado chini ya maendeleo, lakini maendeleo yake ahadi kwa kiasi kikubwa kupunguza gharama za uzalishaji wa lasers. Hadi sasa, ni maendeleo lasers hai na macho ya nishati ya pembejeo na juu ya utendaji ya umeme pampu bado kufikiwa.

aina

By wingi wa lasers semiconductor na vigezo mbalimbali na thamani ya maombi.

Small laser diodes kuzalisha boriti ya ubora wa mitambo ya mionzi kwa uwezo wa nani ni kati ya mia chache milliwatts mia tano. laser diode Chip ni nyembamba mstatili sahani, ambayo hutumika kama waveguide, kwa vile mionzi mdogo kwa nafasi ndogo. Crystal doped na pande zote mbili ili kujenga pn-mpito wa eneo kubwa. ncha msasa kujenga resonator macho ya Fabry - Perot interferometer. Photon kupitia cavity kusababisha uchanganyishaji mionzi itaongeza, na kuanza kizazi. Wao ni kutumika katika laser pointer, CD na DVD-wachezaji, pamoja na fiber optic.

lasers Low nguvu na lasers imara na cavity nje ya kuzalisha kunde short inaweza kusawazisha matukio.

semiconductor lasers na cavity nje inakuwa na laser diode, ambayo ina jukumu katika muundo wa faida kati zaidi laser-resonator. Uwezo wa kubadilisha wavelengths na kuwa nyembamba chafu bendi.

Sindano lasers ni semiconductor mkoa wa mionzi katika bendi pana, inaweza kuzalisha chini quality boriti nguvu ya Watts kadhaa. Lina nyembamba safu ya kazi ya kutupa kati ya p- na n-safu, na kutengeneza heterojunction mara mbili. utaratibu wa kifungo cha mwanga katika mwelekeo lateral ni kukosa, ambayo matokeo ya ellipticity high boriti na mikondo mno kuweza kukubalika kizingiti.

Nguvu diode arrays, likijumuisha safu ya diodes, broadband, uwezo wa kuzalisha boriti ya mediocre quality nguvu ya mamia ya Watts.

Nguvu ya pande mbili arrays ya diodes inaweza kuzalisha nguvu za mamia ya maelfu ya Watts.

Uso-kutotoa lasers (VCSEL) kutotoa moshi mwanga pato boriti ubora katika milliwatts kadhaa perpendicular sahani. On mionzi ya uso wa resonator kioo inatumika kwa namna ya tabaka katika dynes ¼ wimbi na tofauti fahirisi refractive. On Chip moja inaweza kuwa lasers mia kadhaa, ambayo kufungua uwezekano wa uzalishaji wa habari.

C VECSEL lasers macho nishati pembejeo na nje resonator inayoweza kuzalisha boriti wa mema quality nguvu ya wati kadhaa kwa hali ya locking.

Kazi semiconductor laser quantum cascade ya aina kulingana na mabadiliko ya ndani ya bendi (tofauti na interband). Vifaa hivi emit katika eneo katikati ya wigo infrared, wakati mwingine kwa terahertz masafa. Wao ni kutumika, kwa mfano, kama analyzers gesi.

Semiconductor lasers: matumizi na masuala kuu ya

High-nguvu diode lasers na yenye umeme pumped katika voltages wastani ni kutumika kama njia yenye ufanisi ya kusambaza nishati imara lasers serikali.

Semiconductor lasers unaweza kufanya kazi katika aina mbalimbali kubwa ya masafa kuwa ni pamoja na inayoonekana, karibu infrared na katikati infrared ni sehemu ya wigo. vifaa kuundwa ili pia kubadilisha frequency izducheniya.

Laser diodes unaweza haraka kubadili na hudhibiti nguvu za macho inayotumika fiber optic mistari ya mawasiliano ya transmita.

Dalili hizi kuwa alifanya semiconductor lasers ni tekniskt ya aina muhimu zaidi ya maser. Wao ni kutumika:

• sensorer Telemetry, pyrometers, macho Rashidi, rangefinders, vituko, holography,
• katika nyuzi mifumo ya macho maambukizi na kuhifadhi data, mifumo ya mawasiliano thabiti;
• Printers laser, usayaria video, kuyatumia, bar code Scanner, picha skana, CD-wachezaji (DVD, CD, Blu-Ray);
• katika mifumo ya usalama, quantum cryptography, automation, viashiria,
• katika metrology macho na spectroscopy,
• katika upasuaji, meno, cosmetology, tiba,
• kusafisha maji, utunzaji vifaa, kusukumia ya lasers hali imara, udhibiti wa athari za kemikali katika kuchagua viwanda, mashine za viwanda, mifumo ya moto, na mifumo ya ulinzi hewa.

mapigo pato

Wengi semiconductor laser inazalisha boriti kuendelea. Kutokana na muda wakati makazi ya elektroni katika ngazi upitishaji wao si mzuri sana kwa ajili ya kuzalisha Q-switched kunde, lakini nusu-kuendelea mfumo wa uendeshaji wanaweza kikubwa kuongeza quantum jenereta madaraka. Aidha, semiconductor lasers inaweza kutumika kwa ajili ya uzalishaji wa ultrashort kunde hali imefungwa au ubadilishaji kupata mapato. Wastani nguvu kunde short, kwa kawaida mdogo kwa milliwatts chache ila lasers VECSEL-optically pumped, ambayo pato wattage kipimo picosecond Maharagwe na uwepo wa mamia ya gigahertz.

Ubadilikaji na kuimarisha

faida ya muda makazi elektroni katika bendi ya upitishaji wa lasers semiconductor ni uwezo wa hudhibiti frequency high ambayo VCSEL-lasers unazidi GHz 10. Imekuwa kutumika katika data macho maambukizi spectroscopy, laser utulivu.