Semiconduttore Laser: tipo di dispositivo, il principio di funzionamento, l'uso di

laser a semiconduttore sono generatori quantici semiconduttori basato mezzo attivo, in cui viene creato l'amplificazione ottica mediante emissione stimolata alla transizione fra i livelli energetici quantistici ad alta concentrazione di portatori di carica liberi nella zona.

laser a semiconduttore: principio di funzionamento

Normalmente, la maggior parte degli elettroni trova al livello valenza. Durante l'avvicinamento energia fotonica superamento del gap di banda di energia, un semiconduttore, gli elettroni entrano in stato di eccitazione, e rompendo la zona proibita, entrando in una zona libera, concentrando corrispondenza del suo bordo inferiore. Simultaneamente, un foro ricavato nel livello valenza, raggiungendo il suo bordo superiore. Gli elettroni nella zona libera ricombinano con fori, irradiando energia uguale all'energia della zona di rottura, in forma di fotoni. Ricombinazione può essere migliorata fotoni con livello di energia sufficiente. descrizione numerica corrisponde alla funzione di distribuzione di Fermi.

dispositivo

Il dispositivo laser a semiconduttore è un diodo laser pompato elettroni energetici e fori nell'area p-n-transizione – il punto di contatto con il p- semiconduttore conduttivo, tipo n. Inoltre, ci sono laser a semiconduttore con ingresso energia ottica in cui il fascio è formato dall'assorbimento di fotoni di luce laser a cascata quantica e, basati sulle transizioni all'interno delle zone.

struttura

Composti tipici utilizzati in laser a semiconduttori e altri dispositivi optoelettronici, come segue:

• arseniuro di gallio;
• fosfuro di gallio;
• nitruro di gallio;
• fosfuro di indio;
• indio gallio;
• arseniuro di gallio alluminio;
• gallio-indio-nitruro di gallio;
• fosfuro, gallio-indio.

lunghezza d'onda

Questi composti – semiconduttori gap diretta. Indirect- (silicio) non emette luce con forza ed efficienza sufficiente. La lunghezza d'onda della radiazione del laser a diodi dipende dall'energia di energia fotonica avvicina il gap di banda del particolare composto. La band gap composti semiconduttori energia 3- e 4-componente può essere continuamente variato in un ampio intervallo. Al AlGaAs = Al _x Ga _1-x quanto, ad esempio, aumentare il contenuto di alluminio (aumento x) ha l'effetto di aumento della band gap di energia.

Mentre i laser a semiconduttore più comuni operano nella zona vicino infrarosso dello spettro, alcuni emettono colori (nitruro di gallio) rossi (gallio fosfuro di indio), blu o viola. laser infrarosso medio semiconduttore (seleniuro di piombo) e laser a cascata quantica.

semiconduttori organici

Oltre ai composti inorganici di cui sopra possono essere usate e biologici. tecnologia appropriata è ancora in fase di sviluppo, ma il suo sviluppo promette di ridurre in modo significativo il costo di produzione di laser. Finora, sviluppata solo laser organici con non è stata ancora raggiunta ingresso energia ottica ed elettropompa ad alte prestazioni.

specie

Da una pluralità di laser a semiconduttore con diversi parametri e valori applicazione.

Piccoli diodi laser a produrre un fascio di radiazione meccanica alta qualità la cui potenza varia da poche centinaia a cinquecento milliwatt. il chip diodo laser è una piastra sottile rettangolare, che serve come una guida d'onda, poiché la radiazione limitato ad un piccolo spazio. Cristallo drogato con entrambe le parti per creare un pn-transizione di una vasta area. Le estremità lucido creano un risonatore ottico di un Fabry – Perot interferometro. Fotone passa attraverso la cavità per provocare radiazioni ricombinazione aumenterà, e inizia la generazione. Essi sono utilizzati in puntatore laser, CD e lettori DVD, così come fibra ottica.

laser di bassa potenza e laser solidi con una cavità esterna per generare impulsi brevi possono sincronizzare eventi.

laser a semiconduttore con una cavità esterna costituita da un diodo laser, che svolge un ruolo nella composizione del guadagno medio più laser risonatore. Capace di lunghezze d'onda che cambiano e hanno una stretta banda di emissione.

I laser di iniezione sono regione di semiconduttore di radiazione in una banda larga, in grado di generare una potenza anabbagliante qualità di parecchi Watt. È costituito da un sottile strato attivo disposto tra il p- e n-strato, formando una doppia eterogiunzione. Il meccanismo di confinamento della luce nella direzione laterale è mancante, che si traduce in ellitticità abbagliante e correnti di soglia inaccettabili.

array di diodi potenti, costituiti da una serie di diodi, banda larga, in grado di produrre un fascio di potenza qualità mediocre di decine di watt.

Potente array bidimensionali di diodi in grado di generare una potenza di centinaia di migliaia di watt.

Superficie emettitori laser (VCSEL) emettendo qualità del fascio di luce in uscita diverse milliwatt perpendicolare alla piastra. Sulla superficie di radiazione dello specchio risonatore viene applicato sotto forma di strati in dine ¼ d'onda con differenti indici di rifrazione. Su un singolo chip può essere fatto diverse centinaia di laser, che apre la possibilità di produzione di massa.

C VECSEL Laser ingresso energia ottica e un risonatore esterno capace di generare un fascio di buona qualità potere di parecchi watt a un blocco modalità.

Lavoro laser a semiconduttore di tipo a cascata quantica basato su transizioni entro le bande (in contrasto con l'interbanda). Questi dispositivi emettono nella regione centrale dello spettro infrarosso, talvolta nella gamma terahertz. Vengono utilizzati, per esempio, come analizzatori di gas.

Semiconduttore laser: l'applicazione e gli aspetti principali della

diodi laser ad alta potenza con altamente pompati elettricamente a tensioni moderate sono usati come mezzo altamente efficace per fornire energia laser a stato solido.

laser a semiconduttore possono operare in un ampio intervallo di frequenze che comprende la parte visibile, vicino infrarosso medio e infrarossa dello spettro. dispositivi creati per cambiare anche izducheniya frequenza.

diodi laser possono passare rapidamente e modulare la potenza ottica che si utilizza in fibra ottica linee di comunicazione trasmettitori.

Queste caratteristiche hanno reso laser a semiconduttore sono tecnologicamente il tipo più importante di maser. Essi sono utilizzati:

• un sensore di telemetria, pirometri, altimetro ottiche, telemetri, viste, olografia;
• in sistemi di trasmissione in fibra ottica e memorizzazione dei dati, sistemi di comunicazione coerenti;
• stampanti laser, videoproiettori, puntatori, scanner di codici a barre, scanner di immagini, lettori CD (DVD, CD, Blu-Ray);
• nei sistemi di sicurezza, crittografia quantistica, automazione, indicatori;
• in metrologia ottica e spettroscopia;
• in chirurgia, odontoiatria, cosmetologia, la terapia;
• depurazione delle acque, la movimentazione dei materiali, pompaggio di laser a stato solido, controllo delle reazioni chimiche in smistamento industriale, macchine industriali, sistemi di accensione, e sistemi di difesa aerea.

uscita impulsiva

Più laser a semiconduttore genera un fascio continuo. A causa del breve tempo di permanenza degli elettroni nel livello di conduzione non sono molto adatti per la generazione di impulsi a Q commutati, ma modo quasi continuo di funzionamento possono aumentare significativamente la potenza del generatore quantistico. Inoltre, laser a semiconduttore possono essere utilizzati per la generazione di mode-locked impulsi ultracorti o commutazione del guadagno. potenza media brevi impulsi, di solito limitati a pochi milliwatt tranne laser VECSEL-pompato otticamente, che potenza di uscita misurata impulsi picosecondi con una frequenza nell'ordine delle decine di gigahertz.

Modulazione e stabilizzazione

Il vantaggio di breve elettroni residenza nella banda di conduzione di laser a semiconduttore è la capacità di modulare l'alta frequenza che hanno VCSEL-laser supera 10 GHz. E 'stato usato in trasmissione ottica dei dati, la spettroscopia, la stabilizzazione del laser.