Yarıiletken lazerlar: turlari, qurilmalari, ishlash tamoyili, dastur

Yarıiletken lazerler, erkin mintaqada yuk zaryad tashuvchilar yuqori konsantrasyonda energiya sathlari orasida kvant o'tishida ogohlantiruvchi emissiya tomonidan ishlab chiqarilgan yarim Supero'tkazuvchilar faol muhitga asoslangan kvant generatorlari.

Yarıiletken lazer: ishlatish tamoyili

Oddiy holatda, ko'pchilik elektronlar valentlik darajasida joylashgan. Fotonlar energiya uzluksiz zonasining energiyasidan ortiqcha energiya etkazib beradigan bo'lsa, yarimo'tkazgich elektronlari qo'zg'aluvchanlik holatiga kiradi va taqiqlangan zona ichidan o'tib, erkin hududga o'tib, pastki chetiga yig'iladi. Shu bilan birga, valentlik darajasida hosil bo'lgan teshiklar uning yuqori chegarasiga ko'tariladi. Erkin hududdagi elektronlar teshiklari bilan birlashib, energiya energiyasi bilan uzviy zonaning energiyasiga o'xshash, fotonlar shaklida chiqariladi. Rekombinatsiyaning etarli darajadagi energiyasi bo'lgan fotonlar tomonidan kuchaytirilishi mumkin. Raqamli ta'rif Fermi taqsimotiga mos keladi.

Qurilma

Yarıiletken lazer qurilmasi elektronning energiyasi va pn-birikma mintaqasidagi teshiklari tomonidan pompalanadigan lazerli diodadir - yarimo'tkazgichlarning p-va n-tipli o'tkazuvchanlik bilan aloqa nuqtasi. Bundan tashqari, optik energiya ta'minoti bilan yarim nur o'tkazuvchan lazerlar mavjud, unda yorug'lik nurlarining fotonlarini singdirish yo'li bilan shakllantiriladi, shuningdek, operatsiyalari chiziqlar ichidagi o'tishlarga asoslangan kvant kaskad lazerlari.

Tarkibi

Yadroo'tkazuvchi lazerlarda va boshqa optoelektronik qurilmalarda ishlatiladigan standart ulanishlar quyidagilar:

• Galyum arsenidi;
• Galli fosfit;
• Galyum nitrit;
• Indium fosfidi;
• Indium galyum arsenidi;
• Alyuminiy-galyum arsenidi;
• Arsenid-nitridi galyum-indiyli;
• Galyum-indiy fosfit.

To'lqin uzunligi

Bu birikmalar to'g'ridan-to'g'ri bo'shliq yarim o'tkazgichdir. Kuchli va samaradorligi bilan bevosita (silikon) nur yoyilmaydi. Diyot lazerining radiatsiya to'lqin uzunligi foton energiyasining ma'lum bir tarkibdagi yorilish zonasining energiyasiga yaqinlashuv darajasiga bog'liq. Yarimo'tkazgichlarning 3- va 4-komponentli birikmalarida uzilish zonasining energiyasi keng doirada uzluksiz o'zgarishi mumkin. AlGaAs = Al _x Ga _1-x Masalan, alyuminiy tarkibidagi (x ning ko'tarilishi) uzayishi zo'riqish zonasining energiyasini ko'payishiga olib keladi.

Eng keng tarqalgan yarim Supero'tkazuvchi lazerlar spektrning yaqin IR qismida ishlayotgan bo'lsa-da, ba'zi rangda qizil (galyum-indiy fosfit), ko'k yoki binafsha (galyum nitrit) chiqaradi. O'rta infraqizil radiatsiya yarim Supero'tkazuvchilar lazer (qo'rg'oshin selenidi) va kvant kaskad lazerlari bilan ishlab chiqariladi.

Organik Yarim Supero'tkazuvchilar

Yuqoridagi noorganik birikmalarga qo'shimcha ravishda organik ham foydalanish mumkin. Tegishli texnologiya hali ham rivojlanib bormoqda, ammo uning rivojlanishi kvant generatorlar ishlab chiqarish xarajatlarini ancha qisqartirishga va'da qiladi. Hozirgacha faqat optik energiya bilan ta'minlangan organik lazerlar ishlab chiqilgan va yuqori samarali elektr nasoslari hali qo'lga kiritilmagan.

Turlari

Yarimo'tkazgichli lazerlar ko'p parametr va dastur qiymatidan farq qiladi.

Kichkina lazerli diodlar bir necha yuzdan besh yuz milliardgacha bo'lgan yuz nurlarining yuqori sifatli nurlarini ishlab chiqaradi. Lazerli diodli kristal radiatsiya kichikroq maydon bilan cheklanganligi sababli, to'lqin usulida xizmat qiladigan nozik bir to'rtburchak plastinka. Kristall ikkala tomonga kattalashib, keng maydonli pn aloqasini hosil qiladi. Parlatilgan uchlari optik bir Fabry-Perot rezonatorini yaratadi. Rezonator orqali o'tadigan foton rekombinatsiyaga olib keladi, radiatsiya kuchayadi va avlod boshlanadi. Ular lazer ko'rsatkichlari, CD- va DVD-pleerlarda, shuningdek optik-tolali aloqada qo'llaniladi.

Kam quvvatli monolitik lazerlar va tashqi bo'shlig'li kvant generatorlari qisqa pulslarni hosil qilish uchun rejimni sinxronlashni mumkin.

Tashqi rezonatorga ega bo'lgan yarimo'tkazuvchi lazerlar lazer-diodadan iborat bo'lib, u katta lazer bo'shlig'ining tarkibida kuchayuvchi vosita rolini o'ynaydi. Ular to'lqin uzunligini o'zgartirishi va tor radiatsiya radiusiga ega bo'lishlari mumkin.

Enjektabl yarim Supero'tkazuvchilar lazerlari keng tarmoqli radiatsiya hududiga ega, ular bir necha vatt quvvatli past sifatli nurni ishlab chiqishi mumkin. Ular p va n qatlamlari orasidagi ikkita hetero-vazifani tashkil etuvchi nozik faol qatlamdan iborat. Yanal yo'nalishda yorug'likdan mahrum qilish mexanizmi yo'q bo'lib, natijada yuqori nurli elliptiklik va qabul qilinadigan darajada yuqori chegara oqimlari paydo bo'ladi.

Keng polosali diyotlardan tashkil topgan kuchli diodli massivlar o'nlab vatt quvvatiga ega bo'lgan vasotiy nurni ishlab chiqarishga qodir.

Dvigatellarning ikki o'lchamli kuchli datchiklari yuzlab va minglab vattlarda quvvat ishlab chiqarishi mumkin.

Yuzaga chiqaradigan lazerlar (VCSEL) plastinkaga bir necha millivat daraja nurli yorug'lik yoritgichi chiqaradi. Radiatsiya yuzasida rezonator nometall turli sinishi ko'rsatkichlari bo'lgan to'lqin to'lqinining to'rtdan birida qatlam shaklida joylashtiriladi . Yagona kristall bir necha yuz lazer ishlab chiqaradi, bu ularning massa ishlab chiqarish imkoniyatini ochadi.

Optik quvvat manbai va tashqi rezonatorli VECSEL lazerlari rejimni sinxronlashtirish vaqtida bir necha vatt quvvatli sifatli nurni ishlab chiqara oladi.

Kvant-kaskadli turdagi yarimo'tkazgichli lazerning ishi hududlar ichidagi o'tishga asoslangan (interbandlarning farqli o'laroq). Ushbu qurilmalar spektrning infraqizil qismida, ba'zan esa terahertz oralig'ida chiqariladi. Ular, masalan, gaz analizatorlari sifatida ishlatiladi.

Yarıiletken lazer: dastur va asosiy jihatlar

Kuchli diodli lazerlar o'rta kuchlanishli yuqori rentabellikli elektr toki bilan yuqori samarali ishqorli lazerlarga energiya etkazib berish vositasi sifatida ishlatiladi .

Yarıiletken lazerlar keng spektrli chastota diapazonida ishlaydi, bu spektrning ko'rinadigan, yaqin infraqizil va o'rta infraqizil qismini o'z ichiga oladi. Qurilmalar yaratildi, ular portlash chastotasini o'zgartirishga imkon beradi.

Lazer diodalar optik tolali aloqa liniyalarining uzatuvchi dasturlarida topilgan optik quvvatni tezlik bilan o'zgartirishi va modulyatsiya qilishi mumkin.

Bunday xususiyatlar yarim o'tkazgich lazerlarni kvant generatorlarining eng texnologik jihatdan muhim turiga aylantirdi. Ular qo'llaniladi:

• Telemetriya sensorlari, pirometrlari, optik altimetrlari, intervallarni topuvchilar, diqqatga sazovor joylar, hologramlar;
• Optik tolali ma'lumotlarni uzatish va optik uzatish tizimlarida uzviy aloqa tizimlari;
• Lazerli printerlar, video proektorlar, ko'rsatkichlar, shtrix brauzerlari, tasvir skanerlari, CD-pleerlar (DVD, CD, Blu-Ray);
• Xavfsizlik tizimlari, kvant kriptografiya, avtomatlashtirish, ko'rsatkichlar;
• Optik metrologiya va spektroskopiyada;
• Jarrohlik, stomatologiya, kosmetologiya, terapiya;
• Suvni qayta ishlash, materiallarni qayta ishlash, qattiq holli lazerlarni, kimyoviy reaktsiya nazoratini, sanoat tartibini, sanoatni muhandislik, otash tizimlarini, havo mudofaasi tizimlarini yuritish uchun.

Pulse chiqishi

Ko'pincha yarim Supero'tkazuvchilar lazer uzluksiz nur hosil qiladi. Elektronlarning qisqa muddat davomida o'tkazuvchanlik darajasida qolishlari sababli, ular Q-almashtirish bilan pulslarni ishlab chiqarish uchun juda mos kelmaydi, lekin kvaz-uzluksiz ishlash usuli kvant generatorining kuchini sezilarli darajada oshirish imkonini beradi. Bunga qo'shimcha ravishda, yarim Supero'tkazuvchilar lazerlarni sinxronizatsiya qilish yoki almashtirish bilan ultra yassi pulslarni yaratish uchun foydalanish mumkin. Qisqa impulslarning o'rtacha kuchlanishi odatda o'nlab gigerosli chastotalarning ko'p vattli pikoseksanali pulslari bilan o'lchanadigan optik nasosli VECSEL lazerlaridan tashqari, odatda bir necha millivatt bilan chegaralanadi.

Modulyatsiya va barqarorlik

Qisqa muddatli elektronning o'tkazuvchanlik bandligidagi afzalligi yarim Supero'tkazuvchilar lazerlarning yuqori chastotali modulatsiyaga, VCSEL lazerlarida 10 GGts dan oshadigan qobiliyatidir. Bu optik ma'lumotlarni uzatish, spektroskopiya va lazerlarni barqarorlashtirishda qo'llanilgan.