Laser Festkörper: Arten, ein Gerät, das Funktionsprinzip, die Anwendung der

Halbleiter-Laser sind die Generatoren der Quanten-basierte Halbleiter-aktive Medium, in dem optische Verstärkung wird gezwungen Strahlung mit Quanten-übergang zwischen Energieniveaus bei hohen Konzentration von Ladungsträgern in den freien Bereich.

Festkörper-Laser: das Prinzip der Arbeit

Im normalen Zustand die meisten Elektronen befinden sich auf der Ebene der Wertigkeit. Unter Zufuhr von Photonen Energie größer als die Energie der Zone des Bruches, die Elektronen des Halbleiters kommen in einen Zustand der Erregung und brechen die verbotene Zone, die sich in der Freizone, die sich an Ihrem unteren Rand. Gleichzeitig Löcher, die sich auf валентном Niveau, steigen zur oberen Grenze. Die Elektronen in den freien Bereich rekombinieren mit Löchern, strahlt Energie gleich der Energie der Zone des Bruches, in Form von Photonen. Rekombination kann verstärkt werden Photonen mit ausreichender Energie. Die numerische Beschreibung entspricht der Fermi-Verteilungsfunktion.

Gerät

Das Gerät ist ein Halbleiter Laser Laserdiode, накачиваемый Energie der Elektronen und Löcher in der Zone P-n-übergang ü Berührungspunkt von Halbleiter mit einer Leitfähigkeit von p - und n-Typ. Darüber hinaus gibt es Halbleiter-Laser mit optischem Bereitstellung von Energie, bei dem ein Strahl gebildet wird durch Absorption von Photonen des Lichtes, sowie Quanten-Cascading Laser, deren Arbeit basiert auf Kreuzungen innerhalb der Zonen.

Bestand

Die Standard-Verbindung verwendet werden, wie in der Halbleiter-Lasern und anderen optoelektronischen Geräten, die folgenden:

• Galliumarsenid;
• Gallium-Phosphid;
• Gallium-Nitrid;
• Indium-Phosphid;
• Gallium-Arsenid Indium-Gallium;
• Gallium-Arsenid Aluminium-Gallium;
• Gallium-Arsenid-Nitrid Gallium-Indium;
• Gallium-Phosphid-Indien.

Wellenlänge

Diese verbindungen – прямозонные Halbleiter. Непрямозонные (Silizium) Licht mit ausreichender Kraft und Leistungsfähigkeit nicht emittieren. Wellenlänge Diodenlaser Strahlung hängt von dem Grad der Annäherung der Energie des Photons an der Energie der Zone des Bruches einer bestimmten Verbindung. In 3 - und 4-Komponent-verbindungen Halbleiter die Energie der Zone des Bruches kann kontinuierlich in einem weiten Bereich variieren. Bei AlGaAs = Al_XGa₁As, Z. B. eine Zunahme der Aluminium-Gehalt (x Vergrößerung) hat die Folge das Wachstum der Energie der Zone des Bruches.

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Während die häufigsten Festkörper-Laser arbeiten in der nah-Infrarot Teil des Spektrums, einige Strahlen rot (Phosphid, Gallium-Indium), blau oder lila (Gallium Nitrid) Farben. Die mittlere Infrarotstrahlung erzeugen Festkörper-Laser (селенид Blei) und Quanten-Cascading Lasern.

Organische Halbleiter

Zusätzlich zu den oben genannten anorganischen verbindungen, können verwendet werden, und organische. Die entsprechende Technologie befindet sich noch im Entwicklungsstadium, aber Ihre Entwicklung verspricht deutlich verbilligen die Produktion von Generatoren der Quanten. Bisher nur entwickelt organische Laser mit einer optischen Zuleitung von Energie und hocheffiziente elektrische Pumpen noch nicht erreicht.

Arten

Erstellt eine Vielzahl von Halbleiter-Lasern mit unterschiedlichen Einstellungen und Anwendungsbedingungen Wert.

Kleine Laserdioden erzeugen ein hochwertiges Bündel seitliche Strahlung, die Leistung reicht von einigen wenigen bis zu fünfhundert Milliwatt. Kristall Laserdiode ist eine dünne Platte von Rechteckiger Form, die dem Wellenleiter dient, da die Strahlung dem kleinen Raum begrenzt. Kristall легируется mit zwei Seiten für die Erstellung von p-n-übergang eine große Fläche. Die polierten Stirnseiten schaffen eine optische Resonator Fabry - Pero. Photonen, die durch den Resonator, wird die Rekombination, die Strahlung wird zunehmen, und startet die Generierung. Gelten in der Laser-Zeiger, CD - und DVD-Playern sowie in der faseroptischen Kommunikation.

Low-Power-monolithische Laser und Quanten-Generatoren mit einem externen Resonator zur Bildung von kurzen Pulsen erzeugen kann die Synchronisierung mod.

Festkörper-Laser mit externem Resonator besteht aus Laser-dioden, Rolle spielt die Umwelt in der Zusammensetzung der größeren Laser-Resonator. Lage, Veränderungen der Wellenlängen und haben einen schmalen Streifen der Strahlung.

Инжекционные Festkörper-Laser haben eine Strahlung in Form von breiten Streifen, erzeugen ein Bündel von geringer Qualität mit der Leistung von mehreren Watt. Bestehen aus einer dünnen aktiven Schicht, die sich zwischen p - und n-Schicht eine Doppel гетеропереход. Der Mechanismus der Retention des Lichts in lateraler Richtung fehlt, hat zur Konsequenz, dass eine hohe эллиптичность Strahl und unannehmbar hohe Threshold-Ströme.

Leistungsstarke Diode Lineale, bestehend aus einem array von Breitband-dioden, sind in der Lage, produzieren einen Strahl von mittelmäßiger Qualität Leistung von zehn Watt.

Leistungsfähige zweidimensionale Arrays dioden Leistung erzeugen können Hunderte und Tausende von Watt.

Tensid-Emitting Laser (VCSEL) emittieren Qualitat Lichtstrahl mit einer Leistung von mehreren Milliwatt senkrecht zu der Platte. Auf der Oberfläche der Strahlungtragen die Spiegel-Resonator in Form von Schichten ¼ Dina Wellen mit verschiedenen Kennziffern der Brechung. Auf einem einzigen Chip hergestellt werden mehrere hundert Lasern, die die Möglichkeit eröffnet, Ihre Massenproduktion.

Laser VECSEL c optischem Bereitstellung von Energie und einem externen Resonator erzeugen ein Bündel von guter Qualität mit einer Leistung von mehreren Watt bei der Synchronisierung mod.

Die Arbeit des Halbleiter-Laser-Quanten-Kaskaden-basiert auf Kreuzungen innerhalb der Zonen (im Gegensatz zu междузонных). Diese Geräte emittieren im mittleren Bereich der infraroten Teil des Spektrums, manchmal in терагерцовом Bereich. Sie werden Z. B. als Gasanalysatoren.

Halbleiter-Laser: Anwendung und grundlegende Aspekte

Leistungsstarke Diodenlaser mit hocheffizienten elektrischen gepumpt bei moderaten Spannungen werden als Mittel zum zuführen von Energie von hochleistungsfähigen solid-State-Lasern.

Halbleiter-Laser kann in einem großen Bereich von Frequenzen umfasst, die sichtbaren, nahen infraroten und mittleren infraroten Teil des Spektrums. Erstellt Geräte, mit denen auch die Frequenz ändern издучения.

Laserdioden können schnell schalten und modulieren die optische Leistung, was findet Anwendung in den Sendern optovolokonnih der Verbindungsleitungen.

Solche Eigenschaften haben Halbleiter-Laser technologisch die wichtigste Art der Quanten-Generatoren. Sie gelten:

• Die sensoren für Telemetrie, пирометрах, optische высотомерах, дальномерах, Sehenswürdigkeiten, Holographie;
• In optischen Systemen optische übertragung und Speicherung von Daten, Systemen kohärenten Zusammenhang;
• In Laserdruckern, видеопроекторах, Zeiger, Scannern, Barcode -, Scanner-Bilder, CD-Rom-Laufwerk (DVD, CD, Blu-Ray);
• In der Sicherheitstechnik, Quanten-Kryptographie, Automatisierung, Indikatoren;
• In der optischen Metrologie und Spektroskopie;
• In der Chirurgie, Zahnmedizin, Kosmetik, Therapie;
• Für die Wasseraufbereitung, Fördertechnik, Pumpen von Festkörper-Lasern, die Kontrolle der chemischen Reaktionen, die in der industriellen Sortierung, industriellen Maschinenbau, ZüNDANLAGE, in den Systemen der Luftverteidigung.

Impulsausgang

Die Meisten Halbleiterlaser erzeugt einen kontinuierlichen Strahl. Aufgrund der kurzen Dauer des Aufenthalts der Elektronen auf dem Niveau der Leitfähigkeit sind Sie nicht sehr geeignet für die Erzeugung von Impulsen Q-switched, aber квазинепрерывный Betriebsart zur Steigerung der Leistung der Quanten-generator. Darüber hinaus Festkörper-Laser können verwendet werden, um die Bildung von ultrakurzen Pulsen mit Sync mod oder Umschaltung der Verstärkung. Die Durchschnittliche Leistung von kurzen Impulsen, in der Regel beschränkt sich auf wenige милливаттами, mit Ausnahme der VECSEL-Laser mit der optischen gepumpt, deren Ausgang gemessen многоваттными пикосекундными Impulsen der Frequenz in Dutzende Gigahertz.

Modulation und Stabilisierung

Der Vorteil ein kurzer Aufenthalt eines Elektrons im Bereich der Leitfähigkeit ist die Fähigkeit von Halbleiter-Lasern an den Hochtöner angeschlossen модулированию, die bei VCSEL-Lasern mehr als 10 GHz. Dies fand Anwendung in der optischen Datenübertragung, Spektroskopie, Stabilisierung von Lasern.