Semiconductor Laser: jenis peranti, prinsip operasi, penggunaan

laser semikonduktor adalah penjana kuantum semikonduktor yang berpangkalan sederhana aktif, di mana penguatan optik dengan pelepasan dirangsang dicipta pada peralihan antara tahap tenaga kuantum pada kepekatan yang tinggi percuma pembawa cas di kawasan itu.

Semikonduktor laser: prinsip operasi

Biasanya, majoriti elektron yang terletak di tingkat valensi tersebut. Dalam pendekatan tenaga foton melebihi jurang jalur tenaga, semikonduktor, elektron masuk ke dalam keadaan pengujaan, dan melanggar zon larangan, bergerak ke dalam zon bebas, menumpukan perhatian di pinggir yang lebih rendah. Pada masa yang sama, lubang yang terbentuk di tahap valens, meningkat kepada sempadan atas. Elektron dalam zon bebas bergabung semula dengan lubang, terpancar tenaga yang sama dengan tenaga zon pecah, dalam bentuk foton. Penggabungan semula boleh dipertingkatkan dengan foton dengan tahap tenaga yang mencukupi. Huraian berangka sepadan dengan fungsi taburan Fermi.

peranti

Peranti semikonduktor laser ialah diod laser dipam elektron tenaga dan lubang di kawasan p-n-peralihan - titik hubungan dengan p- semikonduktor konduktif dan n-jenis. Tambahan pula, terdapat laser semikonduktor dengan input tenaga optik di mana rasuk yang dibentuk oleh penyerapan foton laser lata cahaya dan kuantum, yang berdasarkan peralihan dalam zon.

struktur

sebatian yang biasa digunakan dalam laser semikonduktor dan peranti optoelektronik lain, seperti berikut:

• galium arsenida;
• galium phosphide;
• galium nitrida;
• phosphide indium;
• indium galium arsenida;
• galium arsenida aluminium;
• galium-indium-galium nitrida;
• phosphide, galium-indium.

panjang gelombang

Sebatian - semikonduktor terus jurang. Tidak langsung- (silikon) tidak mengeluarkan cahaya dengan kuasa dan kecekapan yang mencukupi. Panjang gelombang sinaran laser diod bergantung kepada tenaga tenaga foton menghampiri jurang jalur bagi sebatian yang tertentu. 3- dan 4 komponen jurang jalur sebatian semikonduktor tenaga boleh terus diubah lebih pelbagai. Pada AlGaAs = Al _x Ga _1-x As, sebagai contoh, meningkatkan kandungan aluminium (peningkatan dalam x) mempunyai kesan peningkatan dalam jurang jalur tenaga.

Manakala laser semikonduktor paling biasa beroperasi di bahagian inframerah terdekat spektrum, beberapa memancarkan merah (galium indium phosphide), biru atau ungu (galium nitrida) warna. Purata laser inframerah semikonduktor (plumbum selenida) dan laser lata kuantum.

semikonduktor organik

Selain daripada sebatian bukan organik di atas boleh digunakan dan organik. teknologi yang sesuai masih dalam pembangunan, tetapi pembangunan berjanji untuk ketara mengurangkan kos pengeluaran laser. Setakat ini, hanya dibangunkan laser organik dengan input tenaga optik dan pam elektrik berprestasi tinggi masih belum dicapai.

spesies

Oleh kejamakan laser semikonduktor dengan parameter yang berbeza dan nilai permohonan.

diod laser kecil menghasilkan pancaran radiasi mekanikal berkualiti tinggi yang kuasa julat dari beberapa 100-500 milliwatts. cip laser diod adalah plat segi empat tepat nipis, yang berfungsi sebagai pandu gelombang, kerana sinaran terhad kepada ruang yang kecil. Crystal didopkan dengan kedua-dua belah pihak untuk mewujudkan pn peralihan kawasan yang besar. Hujung digilap membuat resonator optik yang Fabry - interferometer Perot. Photon melalui rongga menyebabkan radiasi penggabungan semula akan meningkat, dan akan bermula generasi. Ia digunakan dalam penunjuk laser, CD- dan DVD-pemain, dan juga sebagai gentian optik.

laser kuasa yang rendah dan laser pepejal dengan rongga luar untuk menjana denyutan pendek boleh menyegerakkan acara.

laser semikonduktor dengan rongga luaran terdiri daripada diod laser, yang memainkan peranan dalam komposisi keuntungan sederhana lebih laser-resonator. Mampu mengubah panjang gelombang dan mempunyai band pelepasan yang sempit.

laser suntikan adalah rantau semikonduktor radiasi dalam jalur yang luas, boleh menjana kuasa berkualiti rasuk yang rendah beberapa Watts. Ia terdiri daripada lapisan aktif nipis dilupuskan antara p- dan n-lapisan, membentuk Heterojunction double. Mekanisme pantang cahaya dalam arah sisi adalah hilang, yang menyebabkan ellipticity rasuk yang tinggi dan arus ambang tidak boleh diterima.

tatasusunan diod kuat, yang terdiri daripada pelbagai diod, jalur lebar, mampu menghasilkan pancaran kuasa berkualiti Keyakinan puluhan watt.

Kuat tatasusunan dua dimensi diod boleh menjana kuasa ratusan ribu watt.

Permukaan pemancar laser (VCSEL) pemancar cahaya kualiti output rasuk dalam beberapa milliwatts serenjang dengan plat. Pada permukaan sinaran cermin resonator yang digunakan dalam bentuk lapisan dalam dynes ¼ gelombang dengan berbeza indeks biasan. Pada cip tunggal boleh membuat beberapa ratus laser, yang membuka kemungkinan pengeluaran besar-besaran.

C VECSEL laser input tenaga optik dan resonator luar mampu menjana pancaran kuasa berkualiti daripada beberapa watt pada mengunci mod.

Kerja semikonduktor laser jenis lata kuantum berdasarkan peralihan dalam kumpulan (berbeza dengan Interband itu). Alat-alat ini mengeluarkan di rantau pertengahan spektrum inframerah, kadang-kadang dalam julat terahertz itu. Ia digunakan, sebagai contoh, sebagai penganalisis gas.

Semikonduktor laser: permohonan itu dan aspek utama

Berkuasa tinggi diod laser dengan sangat elektrik dipam pada voltan sederhana digunakan sebagai cara yang sangat berkesan untuk membekalkan tenaga laser keadaan pepejal.

laser semikonduktor boleh beroperasi dalam pelbagai jenis frekuensi yang termasuk dilihat, berhampiran bahagian inframerah inframerah dan pertengahan spektrum. peranti dicipta juga menukar frekuensi izducheniya.

diod laser boleh menukar dengan cepat dan memodulasi kuasa optik yang digunakan dalam gentian optik talian komunikasi pemancar.

Ciri-ciri ini telah membuat laser semikonduktor adalah teknologi jenis yang paling penting dalam maser. Ia digunakan:

• yang sensor telemetri, pyrometers, altimeter optik, rangefinders, pemandangan, Holografi;
• serat sistem penghantaran optik dan penyimpanan data, sistem komunikasi yang masuk akal;
• pencetak laser, projektor video, petunjuk, kod bar pengimbas, pengimbas imej, CD-pemain (DVD, CD, Blu-Ray);
• dalam sistem keselamatan, kriptografi kuantum, automasi, petunjuk;
• dalam metrologi optik dan spektroskopi;
• dalam pembedahan, pergigian, kosmetologi, terapi;
• pembersihan air, pengendalian bahan, mengepam laser keadaan pepejal, mengawal tindak balas kimia dalam sorting perindustrian, jentera perindustrian, sistem pencucuhan, dan sistem pertahanan udara.

output nadi

Paling laser semikonduktor menjana rasuk berterusan. Oleh kerana masa tinggal pendek elektron dalam tahap pengaliran mereka tidak begitu sesuai untuk menjana denyutan Q-switched, tetapi mod separa berterusan operasi ketara boleh meningkatkan kuasa penjana kuantum. Di samping itu, laser semikonduktor boleh digunakan untuk penjanaan ultrashort nadi mod dikunci atau pensuisan keuntungan. Purata kuasa denyutan pendek, biasanya terhad kepada milliwatts Beberapa kecuali laser VECSEL-optik dipam, yang output watt diukur denyutan picosecond dengan kekerapan dalam berpuluh-puluh gigahertz.

Modulasi dan penstabilan

Kelebihan elektron kediaman pendek dalam jalur konduksi laser semikonduktor adalah keupayaan untuk memodulasi frekuensi tinggi yang mempunyai VCSEL-laser melebihi 10 GHz. Ia telah digunakan dalam penghantaran data optik, spektroskopi, laser penstabilan.