Semikonduktor Laser: jenis perangkat, prinsip operasi, penggunaan

Semikonduktor laser generator kuantum semikonduktor berbasis media aktif, dimana amplifikasi optik dengan emisi terstimulasi dibuat pada transisi antara tingkat energi kuantum pada konsentrasi tinggi pembawa muatan bebas di daerah.

Semikonduktor laser yang: Prinsip operasi

Biasanya, mayoritas elektron terletak di tingkat valensi. Selama energi foton pendekatan melebihi celah pita energi, semikonduktor, elektron datang ke keadaan eksitasi, dan melanggar zona terlarang, pindah ke zona bebas, berkonsentrasi pada tepi yang lebih rendah. Secara bersamaan, lubang terbentuk di tingkat valensi, naik ke batas atas nya. Elektron dalam zona bebas bergabung kembali dengan lubang, memancarkan energi sama dengan energi dari zona pecah, dalam bentuk foton. Rekombinasi dapat ditingkatkan dengan foton dengan tingkat energi yang cukup. deskripsi numerik sesuai dengan fungsi distribusi Fermi.

alat

Perangkat laser semikonduktor adalah dioda laser yang dipompa elektron energi dan lubang di daerah p-n-transisi - titik kontak dengan p semikonduktor konduktif dan tipe-n. Selain itu, ada laser semikonduktor dengan masukan energi optik di mana balok dibentuk oleh penyerapan foton laser kaskade cahaya dan kuantum, yang didasarkan pada transisi dalam zona.

struktur

Senyawa yang biasa digunakan dalam laser semikonduktor dan optoelektronik lain, sebagai berikut:

• gallium arsenide;
• gallium phosphide;
• galium nitrida;
• phosphide indium;
• indium gallium arsenide;
• gallium aluminium arsenide;
• gallium-indium-gallium nitrida;
• phosphide, gallium-indium.

panjang gelombang

Senyawa ini - langsung gap semikonduktor. Indirect- (silikon) tidak memancarkan cahaya dengan kekuatan dan efisiensi yang cukup. Panjang gelombang radiasi dari laser dioda tergantung pada energi dari energi foton mendekati celah pita senyawa tertentu. The 3 dan 4 komponen senyawa semikonduktor energi celah pita mungkin terus menerus bervariasi atas berbagai. Pada AlGaAs = Al _x Ga _1-x As, misalnya, meningkatkan kadar aluminium (peningkatan x) memiliki efek peningkatan celah pita energi.

Sementara laser semikonduktor yang paling umum beroperasi di bagian spektrum inframerah dekat, beberapa memancarkan merah (gallium indium phosphide), biru atau ungu (gallium nitride) warna. Rata-rata inframerah semikonduktor laser (lead selenide) dan laser kaskade kuantum.

semikonduktor organik

Selain senyawa anorganik di atas dapat digunakan dan organik. teknologi tepat guna ini masih dalam pengembangan, namun perkembangannya berjanji untuk secara signifikan mengurangi biaya produksi laser. Sejauh ini, hanya dikembangkan laser organik dengan masukan energi optik dan kinerja tinggi pompa listrik belum tercapai.

jenis

Dengan pluralitas laser semikonduktor dengan parameter yang berbeda dan nilai aplikasi.

dioda laser kecil menghasilkan sinar radiasi mekanik berkualitas tinggi yang kekuatannya berkisar dari beberapa 100-500 miliwatt. chip dioda laser adalah piring persegi panjang tipis, yang berfungsi sebagai pandu, karena radiasi terbatas pada ruang kecil. Kristal diolah dengan kedua belah pihak untuk membuat pn-transisi area yang luas. Ujung dipoles menciptakan resonator optik dari Fabry - interferometer Perot. Foton melewati rongga menyebabkan radiasi rekombinasi akan meningkat, dan akan mulai generasi. Mereka digunakan dalam laser pointer, CD dan DVD-pemain, serta serat optik.

laser daya rendah dan laser solid dengan rongga eksternal untuk menghasilkan pulsa pendek mungkin menyinkronkan acara.

laser semikonduktor dengan rongga eksternal terdiri dari dioda laser, yang memainkan peran dalam komposisi gain media yang lebih laser resonator. Mampu mengubah panjang gelombang dan memiliki sebuah band emisi sempit.

laser injeksi daerah semikonduktor radiasi di sebuah band yang luas, dapat menghasilkan tenaga sinar rendahnya kualitas beberapa Watts. Ini terdiri dari lapisan aktif tipis dibuang antara p dan n-lapisan, membentuk hetero ganda. Mekanisme kurungan cahaya dalam arah lateral yang hilang, yang menghasilkan ellipticity balok tinggi dan arus ambang batas sangat tinggi.

array dioda kuat, yang terdiri dari array dioda, broadband, mampu menghasilkan sinar kekuasaan kualitas biasa-biasa saja dari puluhan watt.

array dua dimensi yang kuat dari dioda dapat menghasilkan kekuatan ratusan ribu watt.

Permukaan-memancarkan laser (VCSEL) memancarkan kualitas output sinar di beberapa miliwatt tegak lurus ke piring. Pada permukaan radiasi dari cermin resonator diterapkan dalam bentuk lapisan dalam dyne ¼ gelombang dengan berbeda indeks bias. Pada satu chip dapat dibuat beberapa ratus laser, yang membuka kemungkinan produksi massal.

C VECSEL laser masukan energi optik dan resonator eksternal mampu menghasilkan sinar kekuasaan kualitas yang baik dari beberapa watt pada penguncian modus.

Kerja semikonduktor laser jenis kaskade kuantum berdasarkan transisi dalam band (berbeda dengan interband yang). Perangkat ini memancarkan di wilayah tengah spektrum inframerah, kadang-kadang di kisaran Terahertz. Mereka digunakan, misalnya, sebagai alat analisis gas.

Semikonduktor laser: aplikasi dan aspek-aspek utama

Daya tinggi dioda laser dengan sangat elektrik dipompa pada tegangan menengah digunakan sebagai sarana yang sangat efektif untuk memasok energi padat laser negara.

Semikonduktor laser dapat beroperasi dalam berbagai macam frekuensi yang mencakup terlihat, dekat inframerah dan menengah bagian inframerah dari spektrum. perangkat diciptakan untuk juga mengubah frekuensi izducheniya.

dioda laser dapat dengan cepat beralih dan memodulasi daya optik yang digunakan dalam serat optik jalur komunikasi pemancar.

Karakteristik ini telah membuat laser semikonduktor berteknologi jenis yang paling penting dari maser. Mereka digunakan:

• telemetri sensor, pirometer, altimeter optik, pengukur jarak, pemandangan, holografi;
• dalam sistem transmisi serat optik dan penyimpanan data, sistem komunikasi yang koheren;
• printer laser, proyektor video, pointer, bar code scanner, scanner gambar, CD-player (DVD, CD, Blu-Ray);
• dalam sistem keamanan, kriptografi kuantum, otomatisasi, indikator;
• di metrologi optik dan spektroskopi;
• dalam operasi, kedokteran gigi, tata rias, terapi;
• pemurnian air, penanganan material, memompa laser solid state, kontrol reaksi kimia dalam penyortiran industri, mesin industri, sistem pengapian, dan sistem pertahanan udara.

pulsa output

Kebanyakan semikonduktor laser menghasilkan sinar terus menerus. Karena waktu yang singkat dari elektron pada tingkat konduksi mereka tidak sangat cocok untuk menghasilkan pulsa Q-switched, tapi modus kuasi-kontinyu operasi dapat secara signifikan meningkatkan daya generator kuantum. Selain itu, laser semikonduktor dapat digunakan untuk generasi modus-terkunci ultrashort pulsa atau switching gain. Rata-rata kekuatan pulsa pendek, biasanya terbatas pada beberapa miliwatt kecuali laser VECSEL-optik dipompa, yang output watt diukur pulsa picosecond dengan frekuensi dalam puluhan gigahertz.

Modulasi dan stabilisasi

Keuntungan dari elektron tinggal pendek di pita konduksi dari laser semikonduktor adalah kemampuan untuk memodulasi frekuensi tinggi yang memiliki VCSEL-laser melebihi 10 GHz. Ini telah digunakan dalam transmisi data optik, spektroskopi, stabilisasi laser.