Halvledarlasrar: typer av anordningar, den operativa principen, användning av

Halvledarlasrar är kvant generatorer baserade halvledar aktivt medium, varvid den optiska amplifiering genom stimulerad emission skapas vid övergången mellan de kvantenerginivåer vid en hög koncentration av fria laddningsbärare i området.

Halvledarlaser: Princip

Normalt de flesta av elektroner ligger på valens nivå. Under inflygning fotonenergi som överstiger energigapet band, en halvledare, elektroner kommer in i tillstånd av excitation, och att bryta den förbjudna zonen, rör sig in i en frizon, koncentrering vid sin nedre kant. Samtidigt ett hål bildas i valens nivån stiger till dess övre gräns. Elektronerna i den fria zonen rekombinerar med hål, utstrålande energi lika med energin hos den brottzonen, i form av fotoner. Rekombination kan förbättras genom fotoner med tillräcklig energi nivå. Numerisk beskrivning motsvarar fördelningsfunktionen Fermi.

anordning

Halvledarlaseranordningen är en laserdiod pumpad energi elektroner och hål i området p-n-övergång - kontaktpunkten med den ledande halvledar p- och n-typ. Dessutom finns det halvledarlasrar med optiska energiinsats i vilken strålen bildas genom absorption av fotoner av ljus och kvantkaskadlasrar, som är baserade på de övergångar inom zonerna.

struktur

Typiska föreningar som används i halvledarlasrar och andra optoelektroniska anordningar, enligt följande:

• galliumarsenid;
• galliumfosfid;
• galliumnitrid;
• indiumfosfid;
• indium galliumarsenid;
• galliumaluminiumarsenid;
• gallium-indium-galliumnitrid;
• fosfid, gallium-indium.

våglängd

Dessa föreningar - direkt gap halvledare. Indirect- (kisel) inte avger ljus med tillräcklig kraft och effektivitet. Den våglängd av strålningen av diodlasern beror på energin hos fotonenergin närmar sig bandgapet hos den speciella föreningen. 3- och 4-komponenthalvledarföreningar energibandgapet kan varieras kontinuerligt över ett brett område. Vid AlGaAs = Al _^ Ga _1-x As, exempelvis ökande halt aluminium (ökning i x) har effekten av ökningen i energibandgapet.

Medan de vanligaste halvledarlasrar verkar i det nära infraröda delen av spektrumet, vissa avger rött (gallium indiumfosfid), blå eller lila (galliumnitrid) färger. Genomsnittliga infraröd halvledarlaser (bly selenid) och kvantkaskadlasrar.

organiska halvledare

Förutom de ovanstående oorganiska föreningar kan användas och organiska. Lämplig teknik är fortfarande under utveckling, men dess utveckling lovar att avsevärt minska kostnaderna för tillverkning av lasrar. Hittills har endast utvecklat organiska lasrar med optiska energitillförsel och högpresterande elektrisk pump har ännu inte nåtts.

arter

Av ett flertal halvledarlasrar med olika parametrar och tillämpningen värde.

Små laserdioder producerar en stråle av hög kvalitet mekanisk strålning vars kraft varierar från några hundra till fem hundra milliwatt. laserdiodchip är en tunn rektangulär platta, som tjänar som en vågledare, eftersom strålningen begränsad till ett litet utrymme. Crystal dopad med båda sidor för att skapa en pn-övergång av ett stort område. De polerade ändarna skapa en optisk resonator för en Fabry - Perot-interferometer. Fotonen passerar genom håligheten för att orsaka rekombination strålning kommer att öka, och kommer att starta alstring. De används i laserpekare, CD- och DVD-spelare, samt fiberoptisk.

Lågeffektslasrar och fasta lasrar med en extern kavitet för generering av korta pulser kan synkronisera händelser.

halvledarlasrar med en yttre kavitet innefattande en laserdiod, som spelar en roll i sammansättningen av förstärkningsmediet mer laser resonator. Med förmåga att byta våglängder och har en smal emissionsband.

Injektionslasrar är halvledarområde av strålning i ett brett band, kan generera en låg kvalitet strålens effekt av flera watt. Den består av ett tunt aktivt skikt anordnat mellan p- och n-skikt, som bildar en dubbel heteroövergång. Mekanismen för inneslutning av ljus i den laterala riktningen är saknas, vilket resulterar i hög stråle ellipticitet och oacceptabelt höga tröskelströmmar.

Kraftfulla diodgrupper, bestående av en uppsättning dioder, bredband, med förmåga att producera en stråle av medioker kvalitet effekten för tiotals watt.

Kraftfulla tvådimensionella arrayer av dioder kan generera en effekt av hundratusentals watt.

Ytemitterande lasrar (VCSEL) som utsänder ljusflöde strålkvalitet i flera milliwatt vinkelrätt mot plattan. På strålningsytan hos resonatorn spegeln anbringas i form av skikt i dyn ¼ våg med olika brytningsindex. På ett enda chip kan göras flera hundra lasrar, vilket öppnar möjligheten för massproduktion.

C VECSEL lasrar optiska ingångsenergi och en extern resonator i stånd att alstra en stråle av god kvalitet effekt av flera watt vid en modlåsning.

Arbete halvledarlaser kvantkaskadtypen baserat på övergångar inom banden (i motsats till interband). Dessa anordningar emitterar i mittområdet av det infraröda spektrumet, ibland i terahertz range. De används till exempel som gasanalysatorer.

Halvledar lasrar: ansökan och de viktigaste aspekterna av

Hög effekt diodlasrar med hög grad elektriskt pumpad vid måttliga spänningar används som mycket effektivt medel för att tillföra energi fastatillståndslasrar.

Halvledarlasrar kan fungera i ett stort område av frekvenser, som innefattar den synliga, nära infraröda och mellersta infraröda delen av spektrumet. Skapade enheter för att också ändra izducheniya frekvens.

Laserdioder kan snabbt växla och modulera den optiska effekten som används i fiberoptiska kommunikationslinjer sändare.

Dessa egenskaper har gjort halvledarlasrar är tekniskt viktigaste typen av maser. De används:

• en telemetri sensorer, pyrometrar, optisk höjdmätare, Avståndsmätare, siktar, holografi;
• i fiberoptiska transmissionssystem och datalagring, koherenta kommunikationssystem;
• laserskrivare, videoprojektorer, pekare, streckkodsläsare, bild scanner, CD-spelare (DVD, CD, Blu-Ray);
• i säkerhetssystem, kvantkryptografi, automation, indikatorer;
• i optisk metrologi och spektroskopi;
• vid kirurgi, tandläkekonst, kosmetologi, terapi;
• vattenrening, materialhantering, pumpning av fasta tillståndslasrar, kontroll av kemiska reaktioner i industriella sortering, industrimaskiner, tändsystem och luftförsvarssystem.

pulsutgång

Mest halvledarlaser alstrar en kontinuerlig stråle. På grund av den korta uppehållstiden av elektroner i ledningsnivån de inte är mycket lämplig för att generera en Q-switchade pulserna, men kvasi-kontinuerlig drift kan avsevärt öka kvantgeneratoreffekten. Dessutom kan halvledarlasrar användas för generering av ultrapuls modlåst eller omkoppling av förstärkningen. Genomsnittliga effekt korta pulser, vanligtvis begränsad till några få milliwatt utom VECSEL-optiskt pumpade lasrar, vilka uteffekten uppmätt pikosekund-pulser med en frekvens i tiotals gigahertz.

Modulering och stabilisering

Fördelen med kort uppehållstid elektron i ledningsbandet hos halvledarlasrar är förmågan att modulera den högfrekventa vilka har VCSEL-lasrar överstiger 10 GHz. Det har använts i optisk dataöverföring, spektroskopi, laser stabilisering.