Laserau Semiconductor: mathau o ddyfais, yr egwyddor gweithredol, y defnydd o

laserau lled-ddargludydd yn generaduron cwantwm lled-ddargludyddion yn seiliedig cyfrwng gweithredol, wherein y ymhelaethu optegol gan allyriadau symbylu cael ei greu yn y cyfnod pontio rhwng y lefelau egni cwantwm mewn crynodiad uchel o gludwyr ddim rhad ac am ddim yn yr ardal.

Semiconductor laser: egwyddor o weithredu

Fel arfer, mae'r rhan fwyaf o electronau lleoli ar y lefel falens. Yn ystod ymagwedd ynni ffoton yn fwy na'r bwlch band ynni, yn lled-ddargludyddion, electronau yn dod i gyflwr excitation, ac yn torri y parth gwaharddedig, gan symud i barth rhydd, gan ganolbwyntio ar ei ymyl isaf. Ar yr un pryd, twll a ffurfiwyd yn lefel falens, yn codi i ei ffin uchaf. Mae'r electronau yn y parth rhad ac am ddim ailgyfuno gyda thyllau, ymledu egni sy'n hafal i'r egni y parth rhwyg, ar ffurf ffotonau. Gellir ailgyfuno cael ei wella gan ffotonau gyda lefel egni digonol. Disgrifiad Rhifol cyfateb i'r ffwythiant dosraniad Fermi.

dyfais

Mae'r ddyfais laser lled-ddargludydd yn deuod laser pwmpio electronau egni a thyllau yn ardal p-n-pontio - y pwynt cyswllt â'r p- lled-ddargludyddion dargludol a n-math. Ymhellach, mae laserau lled-ddargludydd gyda mewnbwn ynni optegol lle y trawst yn cael ei ffurfio gan y amsugno ffotonau laserau rhaeadru golau a cwantwm, sy'n seiliedig ar y trawsnewidiadau yn y parthau.

strwythur

cyfansoddion nodweddiadol a ddefnyddir mewn laserau lled-ddargludyddion a dyfeisiau optoelectroneg eraill, fel a ganlyn:

• arsenide gallium;
• ffosffid gallium;
• nitrid gallium;
• ffosffid indium;
• arsenide gallium indium;
• arsenide gallium alwminiwm;
• nitrid gallium-Indiwm-gallium;
• ffosffid, gallium-indium.

tonfedd

Mae'r cyfansoddion - lled-ddargludyddion uniongyrchol-fwlch. Nid yw Indirect- (silicon) yn allyrru golau gyda digon o rym ac effeithlonrwydd. Mae tonfedd y pelydriad y laser deuod yn dibynnu ar egni o'r ynni ffoton yn mynd at y bwlch band y cyfansoddyn penodol. Efallai y bydd y bwlch band cyfansoddion lled-ddargludyddion ynni 3 a 4-gydran fod yn barhaus amrywiol dros ystod eang. Yn AlGaAs = Al _x Ga _1-x Fel, er enghraifft, cynyddu cynnwys alwminiwm (cynnydd mewn x) yn cael yr effaith y cynnydd yn y bwlch band ynni.

Er bod y laserau lled-ddargludydd mwyaf cyffredin yn gweithredu yn y rhan is-goch ger y sbectrwm, mae rhai allyrru lliwiau (nitrid gallium) coch (galiwm ffosffid Indiwm), glas neu borffor. Cyfartaledd laser lled-ddargludydd is-goch (selenide arweiniol) a laserau rhaeadru cwantwm.

lled-ddargludyddion organig

Heblaw y gall y cyfansoddion anorganig uchod yn cael ei ddefnyddio ac organig. technoleg briodol yn dal i gael ei ddatblygu, ond mae ei datblygiad yn addo lleihau'n sylweddol y gost o gynhyrchu laserau. Hyd yn hyn, dim ond datblygu laserau organig gyda nad yw mewnbwn ynni optegol a pwmp trydan perfformiad uchel wedi cyrraedd eto.

rhywogaethau

Erbyn lluosogrwydd o laserau lled-ddargludydd gyda gwahanol paramedrau a gwerth y cais.

deuodau laser bach yn cynhyrchu pelydryn o ymbelydredd mecanyddol o ansawdd uchel y mae eu pŵer yn amrywio o ychydig 100-500 milliwatts. y sglodion deuod laser yn plât hirsgwar denau, sy'n gwasanaethu fel waveguide, gan fod y ymbelydredd gyfyngedig i lle bach. Crystal doped gyda'r ddwy ochr i greu pn-pontio o ardal fawr. Y ben caboledig creu resonator optegol o Fabry - ymyradur Perot. Photon pasio drwy'r ceudod i achosi bydd ymbelydredd ailgyfuno cynyddu, a bydd yn dechrau y genhedlaeth. Maent yn cael eu defnyddio mewn pwyntydd laser, CD- a DVD-chwaraewyr, yn ogystal â ffibr optig.

laserau pŵer isel a laserau solet gyda ceudod allanol ar gyfer cynhyrchu corbys byr gall cydamseru digwyddiadau.

laserau lled-ddargludydd sydd â ceudod allanol cynnwys deuod laser, sy'n chwarae rhan yng nghyfansoddiad yr ennill canolig mwy laser-resonator. Yn gallu donfeddi sy'n newid ac yn cael band allyriadau cul.

laserau pigiad yn rhanbarth lled-ddargludyddion o ymbelydredd mewn band eang, gall gynhyrchu pŵer trawst o ansawdd isel o sawl Watts. Mae'n cynnwys haen denau gweithredol waredu rhwng y p- ac n-haen, gan ffurfio heterojunction dwbl. Mae'r mecanwaith esgor o olau yn y cyfeiriad ochrol yn goll, sy'n arwain at ellipticity trawst uchel a cherrynt trothwy annerbyniol o uchel.

araeau deuod pwerus, sy'n cynnwys amrywiaeth o deuodau, band eang, sy'n gallu cynhyrchu pelydryn o bŵer o ansawdd canolig o ddegau o watt.

Gall araeau dau ddimensiwn pwerus o deuodau cynhyrchu pŵer o gannoedd o filoedd o watt.

Wyneb-allyrru laserau (VCSEL) allyrru ansawdd trawst allbwn golau mewn sawl milliwatts berpendicwlar i'r plât. Ar yr wyneb ymbelydredd y drych resonator cael ei gymhwyso ar ffurf haenau mewn dynes ¼ tonnau gyda gwahanol mynegeion blygiannol. Ar sglodyn sengl y gellir gwneud rhai cannoedd o laserau, sy'n agor y posibilrwydd o gynhyrchu màs.

C VECSEL Laserau mewnbwn ynni optegol a resonator allanol gallu cynhyrchu pelydryn o bŵer o ansawdd da o sawl watiau ar cloi modd.

lled-ddargludyddion laser Gwaith rhaeadru cwantwm fath yn seiliedig ar trawsnewidiadau o fewn y bandiau (yn wahanol i'r interband). Mae'r rhain yn dyfeisiau allyrru yn y rhanbarth nghanol y sbectrwm is-goch, weithiau yn yr ystod terahertz. Maent yn cael eu defnyddio, er enghraifft, fel dadansoddwyr nwy.

Lled-ddargludyddion laserau: y cais a'r prif agweddau

laserau deuod pwer uchel gyda hynod bwmpio drydanol ar folteddau cymedrol yn cael eu defnyddio fel ffordd hynod effeithiol o gyflenwi ynni laserau cyflwr solet.

Gall laserau lled-ddargludyddion yn gweithredu mewn ystod eang o amleddau sy'n cynnwys y gweladwy ger is-goch a chanol rhan, is-goch y sbectrwm. dyfeisiau a grëwyd i hefyd yn newid izducheniya amlder.

Gall deuodau laser newid yn gyflym ac yn fodiwleiddio y pŵer optegol a ddefnyddir mewn ffibr optig llinellau cyfathrebu trosglwyddyddion.

Mae'r nodweddion hyn wedi gwneud laserau lled-ddargludydd yn dechnolegol math mwyaf pwysig o maser. Maent yn cael eu defnyddio:

• a synwyryddion telemetreg, pyrometers, Altimeter optegol, rangefinders, golygfeydd, Holograffeg;
• mewn systemau trosglwyddo optegol ffibr a storio data, systemau cyfathrebu cydlynol;
• argraffwyr laser, taflunyddion fideo, awgrymiadau, cod bar sganiwr, sganiwr delwedd, CD-chwaraewyr (DVD, CD, Blu-Ray);
• mewn systemau diogelwch, cryptograffeg cwantwm, awtomeiddio, dangosyddion;
• yn mesureg optegol a sbectrosgopeg;
• mewn llawdriniaeth, deintyddiaeth, cosmetology, therapi;
• puro dŵr, trin deunydd, pwmpio laserau cyflwr solet, rheoli adweithiau cemegol yn didoli diwydiannol, peiriannau diwydiannol, systemau tanio, a systemau amddiffyn awyr.

allbwn pwls

Mae'r rhan fwyaf laser lled-ddargludyddion yn cynhyrchu trawst parhaus. Oherwydd yr amser preswylio byr o electronau yn y lefel dargludiad nid ydynt yn addas iawn ar gyfer creu droi-Q corbys, ond gall dull lled-dor gweithredu cynyddu'n sylweddol y pŵer generadur cwantwm. Yn ogystal, gall laserau lled-ddargludyddion yn cael ei ddefnyddio ar gyfer cynhyrchu pwls ultrashort ddelw-glo neu newid yr ennill. pŵer cyfartalog corbys byr, fel arfer yn gyfyngedig i ychydig o milliwatts eithrio laserau-VECSEL optegol bwmpio, sy'n watedd allbwn fesur curiadau picosecond gyda amlder yn y degau o gigahertz.

Modiwleiddio a sefydlogi

Y fantais o electron preswylio byr yn y band dargludiad laserau lled-ddargludydd yw'r gallu i fodiwleiddio amledd uchel sy'n cael VCSEL-laserau yn fwy na 10 GHz. Mae wedi cael ei ddefnyddio mewn drosglwyddo data optegol, sbectrosgopeg, sefydlogi laser.