לייזרים של מוליכים למחצה: סוגים של התקן, עיקרון ההפעלה, השימוש

לייזרים של מוליכים למחצה הם מחוללי קוונטים מוליכים למחצה מבוסס בינוני פעיל, שבה ההגברה האופטית ידי פליטה מאולצת נוצרה על המעבר בין רמות האנרגיה קוונטית בריכוז גבוה של נושאי מטען חופשיים באזור.

לייזר Semiconductor: עקרון הפעולה

בדרך כלל, רוב האלקטרונים הממוקמים בקומה ולנסים. במהלך אנרגית גישת פוטון העולה על פער להקת אנרגיה, מוליכים למחצה, אלקטרונים מגיעים למצב של עירור, ושבירת לתחום האסור, נעו לאזור סחר חופשי, ריכוז בקצה התחתון שלה. במקביל, חור שנוצר ברמת הערכיות, העולה כדי הגבול העליון שלו. האלקטרונים באזור החופשי להתאחד מחדש עם חורים, מקרין אנרגיה השווה לאנרגיה של אזור השבר, בצורה של פוטונים. רקומבינציה ניתן לשפר על ידי פוטונים עם רמת אנרגיה מספקת. תיאור נומרית תואם את פונקציית ההתפלגות פרום.

מכשיר

המכשיר לייזר מוליך למחצה הוא דיודת לייזר שאוב אלקטרונים באנרגיה חורים באזור p-n-המעבר - נקודת המגע עם p- מוליכים למחצה מוליכים מסוג n. יתר על כן, ישנם לייזרים מוליכים למחצה עם השקעת אנרגיה אופטית שבה הקרן נוצרה על ידי קליטת הפוטונים של לייזרי מפל אור קוונטים, אשר מבוססים על המעברים בתוך האזורים.

מבנה

תרכובות אופייניות בשימוש לייזרים מוליכים למחצה והתקנים אופטו אחרים, כדלקמן:

• גליום ארסניד;
• זרח גליום;
• גליום ניטריד;
• זרח אינדיום;
• ארסני אינדיום גליום;
• ארסני אלומיניום גליום;
• גליום ניטריד אינדיום גליום;
• זָרַחַת, גליום-אינדיום.

הגל

תרכובות אלו - מוליכים למחצה-פער ישיר. Indirect- (סיליקון) אינו פולט אור בעוצמה וביעילות מספקת. אורך הגל של הקרינה של הלייזר דיודה תלוי באנרגיה של אנרגיית פוטון מתקרב הפער הלהקה של המתחם בפרט. פער להקת אנרגית תרכובות המוליכים למחצה 3 ו 4-הרכיב עשוי להיות מגוון ברציפות על פני טווח רחב. בשעת AlGaAs = אל _x Ga _1-x כמו, למשל, הגדלת תכולת אלומיניום (עליית x) יש השפעה של התרחבות פער להקת אנרגיה.

בעוד לייזרים מוליכים למחצה השכיח ביותר לפעול בחלק האינפרא אדום הקרוב של הספקטרום, כמה פולטים (זרחת אינדיום גליום) אדום, כחול או סגול (גליום ניטריד) צבעים. לייזר מוליך למחצה אינפרא אדום ממוצע (selenide להוביל) ולייזרים מפל הקוונטים.

מוליכים למחצה אורגניים

מלבד תרכובות אנאורגניות לעיל עשויות לשמש ואורגניים. בטכנולוגיה מתאימה היא עדיין בפיתוח, אבל הפיתוח שלה מבטיח להפחית את עלות הייצור של לייזרים משמעותיים. עד כה, רק פתח לייזרים אורגניים עם השקעת אנרגיה אופטית ו משאבה חשמלית בעלת ביצועים גבוהים טרם הגיעו.

מינים

על ידי ריבוי של לייזרים של מוליכים למחצה עם פרמטרים שונים וערך יישום.

דיודות לייזר קטנים לייצר אלומת הקרינה מכני באיכות גבוהה אשר פאוור ריינג'רס מכמה מאות עד חמש מאות milliwatts. השבב דיודה לייזר הוא צלחת מלבנית דקה, אשר משמש מוליך גל, מאחר שמדובר בקרינה מוגבל בחלל קטן. קריסטל מסומם עם שני הצדדים כדי ליצור PN-מעבר של שטח גדול. מסתיים מלוטש ליצור מהוד אופטי של פברי - אינטרפרומטר פרו. הפוטון עובר דרך החלל כדי לגרום קרינת רקומבינציה תגדל, ויתחיל הדור. הם משמשים מצביע לייזר, CD ו-נגני DVD, וכן סיבים אופטיים.

לייזרים בעוצמה נמוכה לייזרים מוצקים עם חלל חיצוני ליצירת פולסים קצרים עשויים לסנכרן אירועים.

לייזרים של מוליכים למחצה עם חלל חיצוני המורכב של דיודת לייזר, אשר ממלא תפקיד בהרכב של לייזר-מהוד בינוני רווח יותר. יש מסוגלים אורכי גל משתנים להקת פליטת צר.

לייזרי הזרקה הם באזור המוליכים למחצה של קרינה ברצועה רחבה, יכול ליצור כוח קרן באיכות נמוכה של כמה ווטס. הוא מורכב שכבה דקה פעילה המסולקת בין p- ו- n-השכבה, ויצרה heterojunction כפול. המנגנון של כליאה של אור בכיוון לרוחב חסר, שתוצאתו סְגַלגַלוּת קורה גבוהה וזרמי סף גבוהים בצורה לא מקובל.

מערכים דיודה עצמה, מורכב מערך של דיודות, פס רחב, מסוגל לייצר קרן של כוח באיכות בינונית של עשרות ואט.

מערכים דו מימדי עוצמה של דיודות יכול ליצור כוח של מאות אלפי וואט.

משטח פולטות לייזרים (VCSEL) פולט איכות קרן פלט אור בכמה milliwatts בניצב הצלחת. על פני שטח הקרינה המראה המהוד מוחל בצורת שכבות dynes ¼ הגל עם אחר מדדי שבירה. על שבב יחיד יכול להתבצע בכמה מאות לייזרים, אשר פותח את האפשרות של ייצור המוני.

C VECSEL לייזרי קלט אנרגיה אופטי ו מהוד חיצוני מסוגל לייצר אלומת כוח באיכות טובה של כמה ואט נעילה במצב.

סוג עבודה לייזר מוליך למחצה מפל הקוונטים המבוססים על מעברים בתוך להקות (בניגוד interband). התקנים אלה פולטים באזור האמצעי של הספקטרום האינפרא האדום, לפעמים בטווח terahertz. הם משמשים, למשל, כמו מנתחי גז.

Semiconductor לייזרים: היישום ואת ההיבטים העיקריים של

דיודות לייזר בהספק גבוה עם שאוב חשמלית מאוד במתח מתונה משמשים אמצעי יעיל ביותר באספקת אנרגיה לייזרים של מצב מוצק.

לייזרים של מוליכים למחצה יכול לפעול במגוון גדול של תדרים הכולל את חלק אינפרא אדום גלוי, אדום הקרוב והבינוני של הספקטרום. התקנים נוצרו גם לשנות תדר izducheniya.

דיודות לייזר יכול לעבור לווסת את כוח אופטי במהירות המשמש משדרי קווי תקשורת סיבים אופטיים.

מאפיינים אלו הפכו לייזרים מוליכים למחצה הם טכנולוגית הסוג החשוב ביותר של מאזר. הם משמשים:

• חיישני טלמטריה, פירומטרים, מד גובה אופטי, rangefinders, מראות, הולוגרפיה;
• במערכות הולכה ואחסון נתונים אופטיים סיבים, מערכות תקשורת קוהרנטית;
• מדפסות לייזר, מקרנים וידאו, עצות, סורק ברקוד, סורק תמונה, CD- שחקנים (DVD, CD, Blu-Ray);
• במערכות אבטחה, הצפנה קוונטית, אוטומציה, האינדיקטורים;
• ב המטרולוגיה ספקטרוסקופיה אופטית;
• בכירורגיה, רפואת שיניים, קוסמטיקאיות, טיפול;
• טיהור מים, טיפול בחומרים, שאיבה של לייזרים של מצב מוצקים, שליטה על תגובות כימיות מיון תעשייתי, מכונות תעשייתיות, מערכות הצתה, מערכות הגנה אווירית.

פלט דופק

רוב לייזר מוליך למחצה מייצר קרן רציפה. בשל הזמן הקצר מגוריו של אלקטרונים ברמת ההולכה הם אינם מתאימים מאוד עבור יצירת פולסים ממותג Q, אבל מעין-רציפה מצב פעולה יכול להגדיל את כוח גנרטור הקוונטים משמעותי. בנוסף, לייזרים מוליכים למחצה עשויים לשמש לייצור במצב נעול דופק אולטרה או מיתוג של הרווח. פולסים קצרים ממוצע כוח, בדרך כלל מוגבל כמה milliwatts למעט לייזרים שאוב אופטית-VECSEL, אשר בהספק התפוקה נמדדת פולסים picosecond בתדירות של עשרות גיגה הרץ.

אפנון וייצוב

היתרון של אלקטרון מגורים קצר בפס ההולכה של לייזרים מוליכים למחצה הוא היכולת לווסת את התדירות הגבוהה אשר יש-לייזרי VCSEL עולה 10 GHz. זה כבר נעשה שימוש ב העברת נתונים אופטית, ספקטרוסקופיה, ייצוב ליזר.