Semiconductor Lasers: typen inrichtingen, het werkingsprincipe, het gebruik van

Halfgeleiderlasers quantum generators gebaseerd halfgeleidermateriaal actieve medium, waarbij het optische versterking door gestimuleerde emissie ontstaat bij de overgang tussen de kwantum energie bij een hoge concentratie vrije ladingsdragers in het gebied.

Halfgeleiderlaser: werkingsprincipe

Normaal, de meerderheid van elektronen op de waardigheid niveau. Tijdens de nadering fotonenergie overschrijden energiebandtussenruimte een halfgeleider elektronen komt in de toestand van excitatie, en het breken van de verboden zone, die zich in een vrije zone, concentreert aan de onderrand. Tegelijkertijd een gat gevormd in de valentieband niveau stijgt naar zijn bovenste grens. De elektronen in de vrije zone recombineren met gaten, stralingsenergie gelijk is aan de energie van de breukzone in de vorm van fotonen. Recombinatie kan worden verbeterd door fotonen met voldoende energie-niveau. Numerieke beschrijving correspondeert met de Fermi verdelingsfunctie.

inrichting

De halfgeleiderlaserinrichting is een laserdiode gepompte energie elektronen en gaten in het gebied p-n-overgang - het contactpunt met de geleidende halfgeleiders p- en n-type. Verder zijn er halfgeleiderlasers optische energietoevoer, waarbij de bundel wordt gevormd door absorptie van fotonen van licht en kwantumcascadelasers, die gebaseerd zijn op de overgangen binnen de zones.

structuur

Typische verbindingen die bij halfgeleiderlasers en andere opto-elektronische inrichtingen, als volgt:

• galliumarsenide;
• galliumfosfide;
• galliumnitride;
• indiumfosfide;
• indium gallium arsenide;
• galliumaluminiumarsenide;
• gallium-indium-gallium nitride;
• fosfide, gallium-indium.

golflengte

Deze verbindingen - direct-gap halfgeleiders. Indirect- (silicium) geen licht met voldoende kracht en efficiëntie emitteren. De golflengte van de straling van de diodelaser is afhankelijk van de energie van de foton energie nadert de bandafstand van de bepaalde verbinding. De 3- en 4-component halfgeleiderverbindingen energiebandtussenruimte continu gevarieerd over een breed bereik. Op AlGaAs = _AlxGa1-xAs, bijvoorbeeld, verhoging aluminiumgehalte (toename x) heeft het effect van verhoging van de energie bandspleet.

Terwijl de meest voorkomende halfgeleider lasers werken in het nabij-infrarode deel van het spectrum, een aantal rood licht uitstralen (gallium indiumfosfide), blauw of paars (galliumnitride) kleuren. Gemiddelde infrarood halfgeleiderlaser (loodselenide) en kwantumcascadelasers.

organische halfgeleiders

Naast de bovengenoemde anorganische verbindingen kunnen worden gebruikt en biologisch. De juiste technologie is nog in ontwikkeling, maar de ontwikkeling belooft aanzienlijke vermindering van de kosten van de productie van lasers. Tot nu toe, alleen biologische lasers met optische energie-input en high-performance elektrische pomp is nog niet bereikt ontwikkeld.

species

Door een aantal halfgeleiderlasers met verschillende parameters en toepassingswaarde.

Kleine laserdiodes produceren van een straal van hoogwaardige mechanische straling waarvan het vermogen varieert van een paar 100-500 milliwatt. de laserdiode chip is een dunne rechthoekige plaat, die dient als een golfgeleider, aangezien de straling slechts voor een beperkte ruimte. Kristal gedoteerd met beide partijen om een pn-overgang van een groot gebied te creëren. De gepolijste uiteinden te vormen optische resonator van Fabry - Perot interferometer. Foton dat door de holte veroorzaakt recombinatie straling toenemen, en de generatie te vormen. Ze worden gebruikt in laser pointer, CD- en DVD-spelers, evenals glasvezel.

Laag vermogen lasers en vaste lasers met externe holte voor het genereren van korte pulsen gebeurtenissen synchroniseren.

halfgeleiderlasers met een uitwendige holte bestaat uit een laserdiode, die een rol spelen bij de samenstelling van het versterkingsmedium meer laser-resonator speelt. Kan veranderen golflengten en een smalle emissieband.

Injectielasers zijn halfgeleidergebied van straling in een brede band kan een lage kwaliteit bundelvermogen verscheidene Watts genereren. Het bestaat uit een dunne actieve laag aangebracht tussen de p- en n-laag, die een dubbele hetero-overgang. Het mechanisme van opsluiting van licht in de laterale richting ontbreekt, waardoor grootlicht ellipticiteit en onaanvaardbaar hoge drempelstromen.

Krachtige diode arrays, bestaande uit een matrix van diodes, breedband, in staat is een bundel van matige kwaliteit macht van tientallen watts.

Krachtige tweedimensionale arrays van diodes kan een kracht van honderdduizenden watt te genereren.

Oppervlak-emitterende lasers (VCSEL) emitteren lichtopbrengst straalkwaliteit in verscheidene milliwatt loodrecht op de plaat. Aan het stralingsoppervlak van de resonator spiegel is aangebracht in de vorm van lagen in dynes ¼ golf met verschillende brekingsindices. Op één chip worden vervaardigd honderden lasers, die opent de mogelijkheid tot massaproductie.

C VECSEL lasers optische energietoevoer en een externe resonator staat is een bundel van goede kwaliteit vermogen van meerdere watt bij een vergrendelende stand.

Werkzaamheden halfgeleiderlaser kwantumcascadelaser Type basis van overgangen binnen de banden (in tegenstelling tot de interband). Deze inrichtingen emitteren in het middengebied van het infraroodspectrum, soms in de terahertz bereik. Ze worden gebruikt, bijvoorbeeld als gas analysers.

Semiconductor lasers: de toepassing en de belangrijkste aspecten van

Hoogvermogen diodelasers met sterk elektrisch matige spanningen gepompt worden gebruikt als zeer effectief middel energietoevoer halfgeleiderlasers.

Halfgeleiderlasers kan in een groot aantal frequenties die het zichtbare, nabije infrarode en middelste infrarode deel van het spectrum omvat. Gemaakt apparaten ook izducheniya frequentie te wijzigen.

Laserdiodes kan snel schakelen en moduleren van het optische vermogen dat wordt gebruikt in optische communicatielijnen zenders.

Deze kenmerken hebben gemaakt halfgeleiderlasers zijn technologisch het belangrijkste type van maser. Ze worden gebruikt:

• een telemetrie sensors, pyrometers, optische hoogtemeter, afstandmeters, gezichten, holografie;
• vezels optische transmissiesystemen en dataopslag, coherente communicatiesystemen;
• laser printers, videoprojectoren, wijzers, barcode scanner, afbeelding scanner, cd-spelers (DVD, CD, Blu-Ray);
• in beveiligingssystemen, quantum cryptografie, automatisering, indicatoren;
• optische metrologie en spectroscopie;
• in de chirurgie, tandheelkunde, cosmetica, therapie;
• waterzuivering, materiaalbehandeling, pompen van halfgeleiderlasers, controle van chemische reacties in industriële sorteermachines, industriële machines, ontstekingssystemen en luchtafweersystemen.

pulsuitgang

Meest halfgeleiderlaser wekt een doorgaande ligger. Door de korte verblijftijd van elektronen in de geleidingsband niveau dat zij minder geschikt voor het genereren van een Q-geschakelde pulsen, maar quasi-continue bedrijfswijze kan aanzienlijke verhoging van de kwantum generatorvermogen. Bovendien kunnen halfgeleiderlasers worden gebruikt voor het genereren van ultrakorte puls geblokkeerde modus of schakelen van de versterking. Gemiddeld vermogen korte pulsen, gewoonlijk beperkt tot enkele milliwatt uitzondering-VECSEL optisch gepompte lasers, welke uitgang vermogen gemeten picoseconde pulsen met een frequentie in de tientallen gigahertz.

Modulatie en stabilisatie

Het voordeel van korte verblijftijden elektron in de geleidingsband van halfgeleiderlasers is het vermogen om de hoge frequentie die VCSEL-lasers dan 10 GHz moduleren. Het is gebruikt bij optische datatransmissie, spectroscopie, laser stabilisatie.