Lasers semicondutores: tipos, a unidade, princípio de funcionamento, aplicação

Lasers Semicondutores são o quantum geradores baseados em semicondutores meio ativo, em que a óptica do reforço é criado por emissão estimulada de radiação quando quântico transição entre níveis de energia quando uma grande concentração de portadores de carga na zona livre.

Laser de Semicondutor: princípio de funcionamento

Em seu estado normal, a maioria dos elétrons se encontra no nível de valência. Na aproximação fótons de energia superior a energia da zona de ruptura, os elétrons do semicondutor vêm em estado de excitação, quebrando uma zona de transição em área livre, concentrando-se em sua borda inferior. Simultaneamente buracos formados na валентном nível, sobem ao seu limite superior. Os elétrons em uma zona livre рекомбинируют com furos, que irradia energia igual a energia da zona de ruptura, na forma de fótons. A recombinação pode ser reforçada através de fótons com suficiente nível de energia. Numérica descrição corresponde a uma função de distribuição de Fermi.

O

O Dispositivo semicondutor laser é um laser de diodo, накачиваемый de energia de elétrons e buracos na zona do p-n-transição – o lugar de contato de semicondutores com condutividade p e tipo n. Além disso, existem lasers de semicondutores, com zoom óptico de entrada de energia, em que o feixe é formado na absorção de fótons de luz, e também quânticos em cascata lasers, cujo trabalho é baseado em transferências dentro das zonas.

Conteúdo

Padrão de conexão utilizados como lasers semicondutores e outros dispositivos optoeletrônicos, as seguintes:

• O arseneto de gálio;
• O fosforeto de gálio;
• O nitreto de gálio;
• O fosforeto índia;
• O arseneto de índio-gálio;
• O arseneto de alumínio e gálio;
• O arseneto de-nitreto de gálio-índia;
• O fosforeto de gálio-índia.

O Comprimento de onda

Essas conexões – прямозонные semicondutores. Непрямозонные (silicone) da luz com bastante força e eficiência não emitem. O comprimento de onda da radiação laser de diodo depende do grau de aproximação de energia de um fóton com a energia da zona de ruptura de uma determinada ligação. 3 - e 4-componentes de junções de semicondutores zonas de energia de rasgo pode continuamente variar em uma ampla gama. Você AlGaAs = Al_XGa₁Como, por exemplo, o aumento do teor de alumínio (um aumento de x) tem uma conseqüência do crescimento da energia da zona de ruptura.

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Enquanto mais comuns de lasers semicondutores funcionam no INFRAVERMELHO próximo do espectro, alguns rejeitam vermelho (fosforeto gálio-índia), ou o azul ou o roxo (nitreto de gálio) de cor. A média de radiação infravermelha criam lasers semicondutores (selenide de chumbo) e quânticos em cascata lasers.

Semicondutores Orgânicos

Além do acima mencionado inorgânicos, podem ser aplicadas e orgânicos. A tecnologia ainda está em fase de desenvolvimento, mas o seu desenvolvimento promete significativamente reduzir o custo de produção quânticos geradores. Até agora, apenas desenvolvidas orgânicos lasers com zoom óptico de entrada de energia, a elétrica, a bomba ainda não alcançado.

Variedade

, Criou uma série de lasers semicondutores diferentes configurações e aplicativos valor.

Pequenos diodos laser produzem a qualidade de um feixe de faceamento de radiação, cuja capacidade varia de poucos para cinco miliwatts. Cristal de laser de diodo é uma fina chapa quadrada, que serve волноводом, assim como a emissão limitada a um pequeno espaço. Cristal легируется com dois lados para criar um p-n-migração de uma grande praça. Polimento de faces criam óptico ressonador de Fabry - Perot. O fóton, passando através de um ressonador, fará com que a recombinação, a emissão vai aumentar, e vai começar a gerar. Aplicam-se no ponteiros laser, CD e DVD players, e também em fibra.

Baixo consumo de energia monolíticos, os lasers e os geradores com o ressonador para a formação de pequenos pulsos podem produzir a sincronização de moda.

Lasers semicondutores com o ressonador consistem do laser do diodo que desempenha o papel de amplificação de um ambiente composto de mais de laser-o ressonador. São capazes de alterar o comprimento de onda e têm uma estreita faixa de radiação.

Инжекционные lasers semicondutores têm o escopo de radiação em forma de faixa larga, podem gerar um feixe de baixa qualidade, capacidade de alguns watts. Consistem em fina da camada ativa, situada entre o p e o n-camada, formando dupla гетеропереход. O mecanismo de retenção da luz na direcção lateral ausente, o que tem a consequência de alta elipticidade de feixe e inaceitável elevados os limites de correntes.

Poderosas diode linha, composto de uma matriz de banda larga diodos, capaz de produzir um feixe de medíocre qualidade de energia no dezenas de watts.

Poderosas bidimensionais matrizes de diodos podem gerar energia a centenas e milhares de watts.

Superfície emissores de laser (VCSEL) emitem qualidade do feixe de luz com capacidade de alguns miliwatts perpendicular à placa. Na superfície de radiaçãocausam espelhos da cavidade em forma de camadas ¼ comprimento de onda com diferentes índices de refração. Em um único chip pode ser feito de várias centenas de lasers, o que abre a possibilidade de sua produção em massa.

Lasers VECSEL c óptico de entrada de energia externa com o ressonador capaz de gerar um feixe de boa qualidade com capacidade de alguns watts durante a sincronização de moda.

O Trabalho de um semicondutor laser quântico em cascata do tipo baseado em transferências dentro de zonas (ao contrário do междузонных). Estes aparelhos emitem em média região infravermelha do espectro, às vezes, em терагерцовом gama. Eles usam, por exemplo, como газоанализаторов.

Lasers Semicondutores: aplicação e os principais aspectos

Poderosos lasers de diodo com alto desempenho elétrico de bombeamento, quando moderadas tensões são utilizados como meios de fornecimento de energia de alta eficiência de lasers de estado sólido.

Lasers Semicondutores podem trabalhar em uma grande faixa de freqüências, que inclui visível, perto de infravermelho e a média de infravermelhos parte do espectro. Criados dispositivos que permitem também a alteração da taxa de издучения.

Diodos Laser podem rapidamente mudar e para modular o poder ótico, que encontra aplicação em nos transmissores de fibras.

Tais características fizeram lasers semicondutores tecnologicamente mais importante tipo de quantum de geradores. Eles aplicam-se:

• Sensores de telemetria, пирометрах, óptica высотомерах, дальномерах, as ópticas, a holografia;
• Em fibra óptica, sistemas de transmissão e de armazenamento de dados, sistemas coerente de comunicação;
• Em impressoras a laser, видеопроекторах, os ponteiros, scanners de código de barras, scanners de imagens, leitores de cd-rom (DVD, CD, Blu-Ray);
• Em segurança de sistemas, criptografia quântica, instrumentação, indicadores;
• óptica de metrologia e espectroscopia;
• Na cirurgia, odontologia, cosmetologia, a terapia;
• Para tratamento de água, processamento de materiais, bombeamento de lasers de estado sólido, controle de reações químicas, classificação industrial, industrial, engenharia, sistemas de ignição, sistemas de DEFESA aérea.

Saída de Pulso

A Maioria dos lasers de semicondutores gera um feixe contínuo. Devido ao curto tempo de permanência de elétrons no nível de condutividade eles não são muito adequados para a geração de pulsos com q-switched, mas квазинепрерывный modo de operação permite melhorar significativamente a potência létricos. Além disso, os lasers semicondutores podem ser usados para formar сверхкоротких pulsos de sincronização de moda ou de mudar de ganho. A potência média de impulsos de curta duração, geralmente, se limita a alguns милливаттами, exceto VECSEL-laser óptico bombeado, cuja saída é medido многоваттными пикосекундными pulsos de freqüência em dezenas de gigahertz.

A Modulação e a estabilização

A Vantagem estadias de curta duração de um elétron na zona de condutividade é a capacidade de lasers semicondutores a leia модулированию que VCSEL-lasers superior a 10 Ghz. Isso se a aplicação em óptica para transmissão de dados, a espectroscopia, a estabilização de lasers.