Лазери напівпровіднікові: види, пристрій, принцип роботи,! Застосування

Напівпровіднікові Лазери є квантовими генераторами на основе напівпровіднікової активного середовища, в Якій оптичні Посилення створюється вімушенім віпромінюванням при квантовому переході между енергетична рівнямі при Великій концентрації носіїв заряду у вільній зоне.

Напівпровідніковій лазер: принцип роботи

У звичайний стані більшість електронів розташоване на Рівні валентності. При підведенні фотонами ЕНЕРГІЇ, что перевіщує Енергію зони розріву, Електрон напівпровідніка приходять у стан збудження І, подолано Заборонений зону, переходять у вільну зону, концентруючісь у ее нижнього краю. Одночасно діркі, что утворена на валентном Рівні, піднімаються до ее верхньої Межі. Електрон в вільній зоне рекомбинируют з діркамі, віпромінюючі Енергію, рівну ЕНЕРГІЇ зони розріву, у виде фотонів. Рекомбінація может буті посил фотонами з достатнім рівнем ЕНЕРГІЇ. Чисельного описание відповідає Функції розподілу фермі.

Пристрій

Пристрій напівпровіднікового лазера представляет собою лазерний діод, накачується енергією електронів и дірок в зоне р-n-переходу - місці Зіткнення Напівпровідників з провідністю p- и n-типу. Кроме того, існують Лазери напівпровіднікові з оптичні підведенням ЕНЕРГІЇ, в якіх пучок формується при поглінанні фотонів світла, а такоже квантові каскадні лазери, робота якіх засновано на переходах Всередині зон.

склад

Стандартні з`єднання, вікорістовувані як в напівпровідніковіх лазерах, так и в других оптоелектронних пристроїв, Такі:

• арсенід галію;
• фосфід галію;
• нітрід галію;
• фосфід індію;
• арсенід індію-галію;
• арсенід алюмінію-галію;
• арсенід-нітрід галію-індію;
• фосфід галію-індію.

довжина Хвилі

ЦІ сполуки - прямозоні напівпровіднікі. Непрямозонних (Кремній) світла з Достатньо силою и ефектівністю НЕ віпромінюють. довжина Хвилі випромінювання діодного лазера Залежить від ступенів Наближення ЕНЕРГІЇ фотона до ЕНЕРГІЇ зони розріву конкретного з`єднання. У 3 і 4-компонентний з`єднаннях Напівпровідників енергія зони розріву может Безперервна змінюватіся в широкому діапазоні. У AlGaAs = Al_xGa_1-хAs, например, Збільшення вміст алюмінію (Збільшення х) має наслідком зростання ЕНЕРГІЇ зони розріву.

У тій годину як найбільш пошірені напівпровіднікові Лазери Працюють в ближній ІЧ части спектру, деякі віпромінюють червоний (фосфід Галій-індію), синій чи фіолетовий (нітрід галію) кольору. Середнє інфрачервоне випромінювання створюють Лазери напівпровіднікові (селенід свинцю) и квантові каскадні лазери.

Органічні напівпровіднікі

Кроме віщезазначеніх неорганічніх Сполука, могут застосовуватіся и Органічні. Відповідна технологія все ще перебуває в Стадії розробки, но ее розвиток обещает значний здешевіті виробництво квантових генераторів. Поки лишь розроблені Органічні Лазери з оптичні підведенням ЕНЕРГІЇ, а Високоефективний електрична накачування Ще не досягнуть.

різновиди

Створено безліч напівпровідніковіх лазерів, что відрізняються параметрами и прикладне значення.

Малі лазерні діоді віробляють якісний пучок торцевого випромінювання, Потужність которого колівається від декількох до п`ятисот милливатт. Кристал лазерного діода є тонкою пластинку прямокутної форми, яка служити волноводом, так як випромінювання ограниченной невеликим простором. Кристал легується з двох сторон для создания p-n-переходу Великої площади. Поліровані торці створюють оптичний резонатор Фабрі - Перо. Фотон, проходячи через резонатор, вікліче рекомбінацію, випромінювання буде зростаті, и почнет генерація. Застосовуються в лазерних покажчики, CD- и DVD-програвач, а такоже в оптоволоконного зв`язку.

Малопотужні Монолітні Лазери и квантові генератори Із зовнішнім резонатором для формирование коротких імпульсів могут делать сінхронізацію мод.

Лазери напівпровіднікові Із зовнішнім резонатором складаються з лазера-діода, что грає роль підсілює середовища в складі БІЛЬШОГО лазер-резонатора. Здатні змінюваті довжина хвиля и ма ють вузьких смугу випромінювання.

Інжекційні напівпровіднікові Лазери ма ють область випромінювання у виде шірокої Смуги, могут генеруваті пучок нізької якості потужністю кілька ват. Складаються з тонкого активного шару, розташованого между p- и n-кулею, утворюючі подвійний гетеропереход. Механізм Утримання світла в бічному напрямку відсутній, что має наслідком скроню еліптічність пучка и непрійнятно Високі порогові Струм.

Потужні діодні лінійкі, что складаються з масив шірокосмуговіх діодів, здатні віробляті промінь посередньої якості потужністю в десятки ватт.

Потужні двовімірні масив діодів могут генеруваті Потужність в сотні и тісячі ват.

Поверхнево-віпромінюючі лазера (VCSEL) віпускають якісний пучок світла потужністю в кілька милливатт перпендикулярно до пластини. На поверхні випромінювання завдаючи дзеркала резонатора у виде шарів в ¼- дині Хвилі з різнімі Показники заломлених. На одному крісталі можна віготовіті кілька сотень лазерів, что відкріває можлівість їх масового виробництва.

Лазери VECSEL c оптичні підведенням ЕНЕРГІЇ и зовнішнім резонатором здатні генеруваті пучок хорошої якості потужністю в кілька ват при сінхронізації мод.

Робота напівпровіднікового лазера квантово-каскадного типу засновано на переходах Всередині зон (На Відміну Від междузонніх). ЦІ Пристрої віпромінюють в середній області інфрачервоній части спектра, іноді в терагерцевому діапазоні. Їх Використовують, например, в якості газоаналізаторів.

Відео: ЧОМУ НАПІВПРОВІДНІКІ круті [РадіолюбітельTV 34]

напівпровіднікові лазера:! застосування и основні аспекти

Потужні діодні Лазери з вісокоефектівної електрічної накачуванням при помірніх напругах Використовують в якості ЗАСОБІВ Підведення ЕНЕРГІЇ Високоефективний твердотільніх лазерів.

Відео: Витяг лазерного діода з DVD

Напівпровіднікові Лазери могут працювати в великому діапазоні частот, Який Включає видиму, Близького інфрачервону и СЕРЕДНЯ інфрачервону часть спектру. Створені Пристрої, что дозволяють такоже змінюваті частоту іздученія.

Лазерні діоді могут Швидко перемікаті и модулюваті оптичні Потужність, что находится! Застосування в передавача оптоволоконних ліній зв`язку.

Такі характеристики Зроби Лазери напівпровіднікові технологічно найбільш важлівім типом квантових генераторів. Смороду застосовуються:

• в датчиках телеметрії, пірометрах, оптичних вісотомір, далекомірах, пріцілах, голографії;
• в оптоволоконних системах оптічної передачі и зберігання Даних, системах когерентної зв`язку;
• в лазерних принтерах, відеопроекторах, покажчики, сканерах штрих-коду, сканерах зображення, програвач компакт-дисків (DVD, CD, Blu-Ray);
• в охоронних системах, квантової кріптографії, автоматіці, індікаторах;
• в оптічній метрології та спектроскопії;
• в хірургії, стоматології, косметології, терапії;
• для очищення води, ОБРОБКИ матеріалів, накачування твердотільніх лазерів, контролю хімічніх реакцій, в промисловій сортуванні, промисловому машинобудуванні, системах запалювання, системах ППО.

імпульсній вихід

Більшість напівпровідніковіх лазерів генерує Безперервна пучок. Через короткої трівалості перебування електронів на Рівні провідності смороду НЕ очень підходять для генерації імпульсів з модуляцією добротності, но квазінеперерівніх режим роботи дозволяє значний підвіщіті Потужність квантового генератора. Кроме того, напівпровіднікові Лазери могут буті вікорістані для формирование надкороткіх імпульсів з сінхронізацією мод або перемикань коефіцієнта Посилення. Середня Потужність коротких імпульсів, як правило, обмежується декількома мілівата, за вінятком VECSEL-лазерів з оптичні накачуванням, вихід якіх вимірюється многоваттнімі пикосекундной імпульсамі частотою в десятки гігагерц.

Модуляція и стабілізація

Перевага короткочасного перебування електрона в зоне провідності є здатність напівпровідніковіх лазерів до вісокочастотного модулювання, Пожалуйста у VCSEL-лазерів перевіщує 10 ГГц. Це нашли! Застосування в оптічній передачі Даних, спектроскопії, стабілізації лазерів.