Лазеры паўправадніковыя: віды, прылада, прынцып працы, прымяненне

Дата:

2019-03-04 17:00:15

Прагляды:

584

Рэйтынг:

1Любіць 0Непрыязнасць

Доля:

Table of contents:

Паўправадніковыя лазеры з'яўляюцца квантавымі генератарамі на аснове паўправадніковай актыўнай асяроддзя, у якой аптычнае ўзмацненне ствараецца вымушаным выпраменьваннем пры квантавым пераходзе паміж энергетычнымі ўзроўнямі пры вялікай канцэнтрацыі носьбітаў зараду ў свабоднай зоне.

Паўправадніковы лазер: прынцып працы

У звычайным стане большасць электронаў размешчана на ўзроўні валентнасці. Пры падвядзенні фатонамі энергіі, якая перавышае энергію зоны разрыву, электроны паўправадніка прыходзяць у стан узбуджэння і, пераадолеўшы забароненую зону, пераходзяць у свабодную зону, канцэнтруючыся ў яе ніжняга краю. Адначасова дзіркі, якія ўтварыліся на валентном узроўні, падымаюцца да яе верхняй мяжы. Электроны ў свабоднай зоне рекомбинируют з дзіркамі, выпраменьваючы энергію, роўную энергіі зоны разрыву, у выглядзе фатонаў. Рэкамбінацыя можа быць узмоцнена фатонамі з дастатковым узроўнем энергіі. Колькасную апісанне адпавядае функцыі размеркавання Фермі.

лазеры паўправадніковыя

Прылада

Прылада паўправадніковага лазера ўяўляе сабой лазерны дыёд, накачиваемый энергіяй электронаў і дзірак у зоне р-n-пераходу – месцы судотыку паўправаднікоў з праводнасцю p - і n-тыпу. Акрамя таго, існуюць лазеры паўправадніковыя з аптычным подводом энергіі, у якіх пучок фармуецца пры паглынанні фатонаў святла, а таксама квантавыя каскадныя лазеры, праца якіх заснавана на пераходах ўнутры зон.

Склад

Стандартныя злучэнні, якія выкарыстоўваюцца як у паўправадніковых лазерах, так і ў іншых оптаэлектронных прылад, наступныя:

  • арсенід галіі;
  • фасфід галіі;
  • нітрыд галіі;
  • фасфід індыя;
  • арсенід індыя-галіі;
  • арсенід алюмінія-галіі;
  • арсенід-нітрыд галіі-індыя;
  • фасфід галіі-індыя.

паўправадніковыя лазеры

Даўжыня хвалі

Гэтыя злучэння – прямозонные паўправаднікі. Непрямозонные (крэмній) святла з дастатковай сілай і эфектыўнасцю не выпраменьваюць. Даўжыня хвалі выпраменьвання диодного лазера залежыць ад ступені набліжэння энергіі фатона да энергіі зоны разрыву канкрэтнага злучэння. У 3 - і 4-кампанентных злучэннях паўправаднікоў энергія зоны разрыву можа бесперапынна змяняцца ў шырокім дыяпазоне. У AlGaAs = AlXGa1-хAs, напрыклад, павелічэнне ўтрыманне алюмінія (павелічэнне х) мае следствам рост энергіі зоны разрыву.

Больш:

Нервовы імпульс, яго пераўтварэнне і механізм перадачы

Нервовы імпульс, яго пераўтварэнне і механізм перадачы

Нервовая сістэма чалавека выступае своеасаблівым каардынатарам у нашым арганізме. Яна перадае каманды ад мозгу мускулатуры, органаў, тканін і апрацоўвае сігналы, якія ідуць ад іх. У якасці своеасаблівага носьбіта дадзеных выкарыстоўваецца нервовы імп...

Куды паступаць пасля 11 класа? Якую выбраць прафесію?

Куды паступаць пасля 11 класа? Якую выбраць прафесію?

Пры выбары сваёй будучай прафесіі не варта абапірацца на чые-то рэкамендацыі і парады, тым больш не трэба падпарадкоўвацца сваім бацькам, якія даволі часта вырашаюць без вас самастойна, куды паступіць пасля 11 класа. Варта задумацца, наколькі паспяхо...

Крывяносная сістэма жывёл, як вынік эвалюцыйнага развіцця свету

Крывяносная сістэма жывёл, як вынік эвалюцыйнага развіцця свету

Крывяносная сістэма жывёл прайшла доўгі шлях фарміравання ў ходзе эвалюцыйнага развіцця свету. Яна ўтварылася на месцы рудыментарных частак першаснай паражніны цела, якая ў вышэйшых жывёл была выцесненая целломом, або другаснай паражніной цела. У пра...

У той час як найбольш распаўсюджаныя паўправадніковыя лазеры працуюць у блізкай ВК частцы спектру, некаторыя выпраменьваюць чырвоны (фасфід галій-індыя), сіні або фіялетавы (нітрыд галіі) колеру. Сярэдняе інфрачырвонае выпраменьванне ствараюць лазеры паўправадніковыя (селенид свінцу) і квантавыя каскадныя лазеры.

Арганічныя паўправаднікі

Акрамя вышэйзгаданых неарганічных злучэнняў, могуць прымяняцца і арганічныя. Адпаведная тэхналогія ўсё яшчэ знаходзіцца ў стадыі распрацоўкі, але яе развіццё абяцае значна зрабіць таннейшым вытворчасць квантавых генератараў. Пакуль толькі распрацаваны арганічныя лазеры з аптычным подводом энергіі, а высокаэфектыўная электрычная напампоўка яшчэ не дасягнута.

праца паўправадніковага лазера

Разнавіднасці

Створана мноства паўправадніковых лазераў, якія адрозніваюцца параметрамі і прыкладным значэннем.

Малыя лазерныя дыёды вырабляюць якасны пучок кантавога выпраменьвання, магутнасць якога вагаецца ад некалькіх да пяцісот милливатт. Крышталь лазернага дыёда ўяўляе сабой тонкую пласцінку прастакутнай формы, якая служыць хваляводам, так як выпраменьванне абмежавана невялікай прасторай. Крышталь легируется з двух бакоў для стварэння p-n-пераходу вялікай плошчы. Паліраваныя тарцы ствараюць аптычны рэзанатар Фабры - Пяро. Фатон, праходзячы праз рэзанатар, выкліча рекомбинацию, выпраменьванне будзе ўзрастаць, і пачнецца генерацыя. Прымяняюцца ў лазерных паказальніках, CD - і DVD-прайгравальніках, а таксама ў оптавалакновай сувязі.

прылада паўправадніковага лазера

Маламагутныя маналітныя лазеры і квантавыя генератары з вонкавым рэзанатарам для фарміравання кароткіх імпульсаў могуць вырабляць сінхранізацыю мод.

Лазеры паўправадніковыя з вонкавым рэзанатарам складаюцца з лазера дыеда, які грае ролю ўзмацняе асяроддзя ў складзе большага лазер-рэзанатара. Здольныя змяняць даўжыні хваль і маюць вузкую паласу выпраменьвання.

Инжекционные паўправадніковыя лазеры маюць вобласць выпраменьвання ў выглядзе шырокай паласы, могуць генераваць пучок нізкага якасці магутнасцю некалькі ват. Складаюцца з тонкага актыўнага пласта, размешчанага паміж p - і n-пластом, утвараючы двайны гетеропереход. Механізм ўтрымання святла ў бакавым кірунку адсутнічае, што мае следствам высокую эллиптичность пучка і непрымальна высокія парогавыя токі.

паўправадніковы лазер прынцып працы

Магутныя дыедныя лінейкі, якія складаюцца з масіва шырокапалосных дыёдаў, здольныя вырабляць прамень пасрэднага якасці магутнасцю ў дзясяткі ват.

Магутныя двухмерныя масівы дыедаў могуць генераваць магутнасць у сотні і тысячы ват.

Павярхоўна-выпраменьвальныя лазеры (VCSEL) выпускаюць якасны пучок святла магутнасцю ў некалькі милливатт перпендыкулярна да пласціне. На паверхні выпраменьваннянаносяць люстэрка рэзанатара ў выглядзе слаёў у ¼ дзіны хвалі з рознымі паказчыкамі праламлення. На адным крышталі можна вырабіць некалькі сотняў лазераў, што адкрывае магчымасць іх масавага вытворчасці.

Лазеры VECSEL c аптычным подводом энергіі і вонкавым рэзанатарам здольныя генераваць пучок добрага якасці магутнасцю ў некалькі ват пры сінхранізацыі мод.

инжекционные паўправадніковыя лазеры

Праца паўправадніковага лазера квантава-каскаднага тыпу заснавана на пераходах ўнутры зон (у адрозненне ад междузонных). Гэтыя прылады выпраменьваюць у сярэдняй галіне інфрачырвонай частцы спектру, часам у терагерцовом дыяпазоне. Іх выкарыстоўваюць, напрыклад, у якасці газааналізатараў.

Паўправадніковыя лазеры: прымяненне і асноўныя аспекты

Магутныя дыедныя лазеры з высокаэфектыўнай электрычнай накачкі пры ўмераных высілках выкарыстоўваюцца ў якасці сродкаў подвода энергіі высокаэфектыўных цвёрдацельных лазераў.

Паўправадніковыя лазеры могуць працаваць у вялікім дыяпазоне частот, які ўключае бачную, блізкую інфрачырвоную і сярэднюю інфрачырвоную частку спектру. Створаны прылады, якія дазваляюць таксама змяняць частату издучения.

Лазерныя дыёды могуць хутка перамыкаць і мадуляваць аптычную магутнасць, што знаходзіць прымяненне ў перадатчыках оптавалакновых ліній сувязі.

Такія характарыстыкі зрабілі лазеры паўправадніковыя тэхналагічна найбольш важным тыпам квантавых генератараў. Яны ўжываюцца:

  • у датчыках тэлеметрыі, пирометрах, аптычных высотомерах, дальномерах, прыцэлах, галаграфіі;
  • у оптавалакновых сістэмах аптычнай перадачы і захоўвання дадзеных, сістэмах кагерэнтнай сувязі;
  • у лазерных друкарках, видеопроекторах, паказальніках, сканар штрых-кода, сканар малюнкаў, прайгравальніках кампакт-дыскаў (DVD, CD, Blu-Ray);
  • у ахоўных сістэмах, квантавай крыптаграфіі, аўтаматыцы, індыкатарах;
  • у аптычнай метралогіі і спектраскапіі;
  • у хірургіі, стаматалогіі, касметалогіі, тэрапіі;
  • для ачысткі вады, апрацоўкі матэрыялаў, накачкі цвёрдацельных лазераў, кантролю хімічных рэакцый, у прамысловай сартаванні, прамысловым машынабудаванні, сістэмах запальвання, сістэмы СПА.

паўправадніковыя лазеры прымяненне

Імпульсны выхад

Большасць паўправадніковых лазераў генеруе бесперапынны пучок. З-за кароткай працягласці знаходжання электронаў на ўзроўні праводнасці яны не вельмі падыходзяць для генерацыі імпульсаў з мадуляцыяй дыхтоўнасці, але квазинепрерывный рэжым працы дазваляе значна павысіць магутнасць квантавага генератара. Акрамя таго, паўправадніковыя лазеры могуць быць выкарыстаны для фарміравання сверхкороткое імпульсаў з сінхранізацыяй мод або пераключэннем каэфіцыента ўзмацнення. Сярэдняя магутнасць кароткіх імпульсаў, як правіла, абмяжоўваецца некалькімі милливаттами, за выключэннем VECSEL-лазераў з аптычнай накачкі, выхад якіх вымяраецца многоваттными пикосекундными імпульсамі частатой у дзясяткі гігагерц.

Мадуляцыя і стабілізацыя

Перавагай кароткачасовага знаходжання электрона ў зоне праводнасці з'яўляецца здольнасць паўправадніковых лазераў да высокочастотному модулированию, якое ў VCSEL-лазераў перавышае 10 ГГц. Гэта знайшло прымяненне ў аптычнай перадачы дадзеных, спектраскапіі, стабілізацыі лазераў.


Article in other languages:

DE: https://tostpost.com/de/bildung/30121-laser-festk-rper-arten-ein-ger-t-das-funktionsprinzip-die-anwendung-de.html

ES: https://tostpost.com/es/la-educaci-n/30148-los-l-seres-de-estado-s-lido-tipos-la-unidad-el-principio-de-trabajo-l.html

HI: https://tostpost.com/hi/education/16874-semiconductor-lasers-types-structure-working-principle-application.html

JA: https://tostpost.com/ja/education/18943-semiconductor-lasers-types-structure-working-principle-application.html

KK: https://tostpost.com/kk/b-l-m/30063-zhartylay-tk-zg-sht-lazerler-t-rler-rylysy-zh-mys-steu-princip-oldanu.html

PL: https://tostpost.com/pl/edukacja/29948-lasery-p-przewodnikowe-rodzaje-urz-dzenie-zasada-dzia-ania-zastosowani.html

PT: https://tostpost.com/pt/educa-o/29964-lasers-semicondutores-tipos-a-unidade-princ-pio-de-funcionamento-aplic.html

TR: https://tostpost.com/tr/e-itim/33813-lazerler-yar-iletken-t-rl-cihaz-al-ma-prensibi-uygulama.html

UK: https://tostpost.com/uk/osv-ta/30036-nap-vprov-dnikov-lazeri-vidi-budova-princip-roboti-zastosuvannya.html

ZH: https://tostpost.com/zh/education/16588-semiconductor-lasers-types-structure-working-principle-application.html






Alin Trodden - аўтар артыкула, рэдактар
"Прывітанне, Я Алін Тродден. Я пішу тэксты, чытаю кнігі і шукаю ўражанні. І я нядрэнна ўмею распавядаць вам пра гэта. Я заўсёды рады ўдзельнічаць у цікавых праектах."

Заўвага (0)

Гэтая артыкул не мае каментароў, будзьце першым!

Дадаць каментар

Навіны

Як звязаны дзейнасць і патрэбы чалавека? Патрэба, дзейнасць, матыў дзейнасці

Як звязаны дзейнасць і патрэбы чалавека? Патрэба, дзейнасць, матыў дзейнасці

Аб тым, як звязаны дзейнасць і патрэбы, сказана нямала. Ёсць цэлыя навуковыя працы, прысвечаныя дадзенай тэме. Яна сапраўды вельмі цікавая і разнастайная. Усю яе абмеркаваць складана, бо сутнасць тычыцца самога непазнанага істоты ...

Першая ў свеце канстытуцыя: ад Спарты да ЗША

Першая ў свеце канстытуцыя: ад Спарты да ЗША

Дзе з'явілася першая канстытуцыя? На гэтае пытанне паспрабуем адказаць у дадзеным артыкуле. Але спачатку разбярэм паняцце.Канстытуцыя ў сучасным значэнніПершая ў свеце канстытуцыя ў сучасным значэнні з'явілася ў ЗША. Пад дадзеным ...

Детонационная стойкасць бензіну - гэта што такое?

Детонационная стойкасць бензіну - гэта што такое?

Паказчыкам, які паказвае суадносіны розных складовых частак у разгляданым тавары з'яўляецца детонационная стойкасць бензіну. Пра гэта расказана ў дадзеным артыкуле.Паняцце аб дэтанацыіАпошняя ўзнікае пры самовоспламенении бензовоз...

Ізамерыя і наменклатура карбонавых кіслот, будова і апісанне

Ізамерыя і наменклатура карбонавых кіслот, будова і апісанне

Карбонавыя кіслоты сёння выкарыстоўваюць у многіх галінах вытворчасці. З іх робяць розныя тыпы пластыка і валокнаў, лекі і мыйныя сродкі, іх выкарыстоўваюць у якасці кансервантаў у харчовай і касметычнай прамысловасцях. Гэты перал...

Нязведаны Таджыкістан. Сталіца дзяржавы Душанбэ чакае гасцей!

Нязведаны Таджыкістан. Сталіца дзяржавы Душанбэ чакае гасцей!

Наведвалі ці вы калі-небудзь дзяржава ў Цэнтральнай Азіі, якое называецца Таджыкістан? Сталіца яго, Душанбэ, акружаная зялёнымі пагоркамі і квітнеючымі падножжа гор. Казачная панарама адкрываецца погляду тых, хто прылятае сюды ў а...

Сацыяльная арганізацыя

Сацыяльная арганізацыя

Паняцце сацыяльнай арганізацыі можна разглядаць у шырокім і вузкім сэнсах. У першым выпадку гэта любыя арганізаваныя супольнасці людзей альбо сукупнасць сацыяльных груп, узаемазвязаных паміж сабой. У другім – гэта сацыяльная...