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Les lasers semi-conducteurs: types de dispositifs, le principe de fonctionnement, l'utilisation de

Les lasers à semi-conducteurs sont des générateurs quantiques semi-conducteur à base de milieu actif, dans lequel l'amplification optique par émission stimulée est créé à la transition entre les niveaux d'énergie quantique à une concentration élevée de porteurs de charge libres dans la région.

laser à semi-conducteur: principe de fonctionnement

En règle générale, la majorité des électrons situés sur le niveau de valences. Au cours de l'approche de l'énergie de photons supérieure à la bande interdite d'énergie, un semi-conducteur, les électrons entrent en l'état d'excitation, et la rupture de la zone interdite, se déplaçant dans une zone libre, en se concentrant sur son bord inférieur. En même temps, un trou formé dans le niveau de valence, passant à son bord supérieur. Les électrons dans la zone libre se recombinent avec les trous, l'énergie de rayonnement égale à l'énergie de la zone de rupture, sous la forme de photons. Recombinaison peut être améliorée par des photons avec le niveau d'énergie suffisant. Description numérique correspond à la fonction de distribution de Fermi.

dispositif

Le dispositif laser à semi – conducteur est une diode laser à pompage des électrons et des trous d'énergie dans la région p-n-transition – le point de contact avec le p- semi – conducteur conductrice et de type n. En outre, il existe des lasers à semi-conducteurs avec un apport d'énergie optique dans lequel le faisceau est formé par l'absorption de photons de lasers à cascade quantique, la lumière et qui sont basées sur les transitions à l'intérieur des zones.

structure

Des composés typiques utilisés dans les lasers à semi-conducteurs et d'autres dispositifs opto-électroniques, comme suit:

  • l'arséniure de gallium;
  • phosphure de gallium;
  • le nitrure de gallium;
  • phosphure d'indium;
  • l'arséniure de gallium indium;
  • l'arséniure de gallium-aluminium;
  • le nitrure de gallium et d'indium-gallium;
  • phosphure, le gallium-indium.

longueur d'ondes

Ces composés semi-conducteurs – directe Gap. Indirect (silicium) ne dégage pas de lumière avec une force suffisante et l'efficacité. La longueur d'onde du rayonnement de la diode laser dépend de l'énergie de l'énergie des photons se rapproche de la largeur de bande interdite du composé particulier. Le 3 et la bande interdite de semi-conducteurs composés 4-composant énergie peut être variée en continu sur une large plage. A AlGaAs = Al x Ga 1-x As, par exemple, l' augmentation de la teneur en aluminium (augmentation x) a pour effet d'augmentation de l'intervalle de bande d'énergie.

Bien que les lasers à semi-conducteurs les plus communs fonctionnent dans la partie infrarouge proche du spectre, certains émettent des couleurs rouge (indium phosphure de gallium), le bleu ou le violet (nitrure de gallium). Laser à semi-conducteur infrarouge moyen (de séléniure de plomb) et les lasers à cascade quantique.

semi-conducteurs organiques

En plus des composés inorganiques ci-dessus peuvent être utilisés et organique. La technologie appropriée est encore en développement, mais son développement promet de réduire considérablement le coût de la production de lasers. Jusqu'à présent, seulement développé des lasers organiques avec apport d'énergie optique et pompe électrique à haute performance n'a pas encore été atteint.

espèce

Par une pluralité de lasers à semi-conducteurs avec des paramètres différents et la valeur d'application.

Les petites diodes laser produisent un faisceau de rayonnement de haute qualité mécanique dont les plages puissance de quelques centaines de milliwatts cinq cents. la puce de diode laser est une plaque rectangulaire mince, qui sert de guide d'ondes, étant donné que le rayonnement limité à un petit espace. Cristal dopé avec les deux côtés pour créer une transition pn d'une grande surface. Les extrémités polies créent un résonateur optique d'un Fabry – Perot. Photon passant à travers la cavité pour provoquer un rayonnement de recombinaison va augmenter, et va commencer la production. Ils sont utilisés dans le pointeur laser, et CD- lecteurs DVD, ainsi que la fibre optique.

lasers de faible puissance et les lasers solides avec une cavité externe pour générer des impulsions courtes peuvent synchroniser les événements.

des lasers à semi-conducteurs avec une cavité externe constituée d'une diode laser, qui joue un rôle dans la composition du milieu de gain plus résonateur laser. Capable de longueurs d'onde changeantes et ont une bande d'émission étroite.

Les lasers à injection sont région semi-conductrice de rayonnement dans une bande large, capable de générer une puissance de feu de croisement de la qualité de plusieurs watts. Il se compose d'une mince couche active disposée entre le p- et le n-couche, formant une double hétérojonction. Le mécanisme de confinement de la lumière dans la direction latérale est manquante, ce qui résulte en ellipticité de faisceau haut et de courants de seuil trop élevé.

des réseaux de diodes puissants, constitués d'une matrice de diodes, à large bande, capable de produire un faisceau de puissance médiocre de la qualité de plusieurs dizaines de watts.

De puissants tableaux à deux dimensions de diodes peuvent générer une puissance de centaines de milliers de watts.

Les lasers à émission de surface (VCSEL) d'émission de faisceau de sortie de lumière de qualité dans plusieurs milliwatts perpendiculaire à la plaque. Sur la surface de rayonnement du miroir de résonateur est appliqué sous la forme de couches en dynes ¼ onde avec différents indices de réfraction. Sur une seule puce peut être fait plusieurs centaines de lasers, ce qui ouvre la possibilité de production de masse.

C VECSEL lasers entrée optique de l'énergie et un résonateur externe capable de générer un faisceau d'énergie de qualité de plusieurs watts à un verrouillage de mode.

Le travail de type à cascade quantique de laser à semiconducteur sur la base de transitions dans les bandes (contrairement à la interbande). Ces dispositifs émettent dans la région médiane du spectre infrarouge, parfois dans la plage des térahertz. Ils sont utilisés, par exemple, les analyseurs de gaz.

Semi – conducteurs lasers: l'application et les principaux aspects de

des lasers à diode de haute puissance à pompage à haute électriquement à des tensions modérées sont utilisées comme moyen très efficace de l' énergie d' alimentation des lasers à l'état solide.

Les lasers à semi-conducteurs peuvent fonctionner dans une large gamme de fréquences qui inclut le visible, l'infrarouge et une partie intermédiaire du proche infrarouge du spectre. dispositifs créés pour changer aussi izducheniya fréquence.

Les diodes laser peuvent changer rapidement et moduler la puissance optique qui est utilisé dans les émetteurs de lignes de communication à fibres optiques.

Ces caractéristiques ont des lasers à semi-conducteurs sont technologiquement le type le plus important de maser. Ils sont utilisés:

  • un capteur de télémétrie, pyromètres, altimètre optique, télémètres, vues, holographie;
  • dans des systèmes de transmission à fibre optique et de stockage de données, les systèmes de communication cohérents;
  • imprimantes laser, projecteurs vidéo, pointeurs, scanner de codes à barres, scanner d'image, lecteurs CD (DVD, CD, Blu-Ray);
  • dans les systèmes de sécurité, la cryptographie quantique, l'automatisation, les indicateurs;
  • en métrologie optique et la spectroscopie;
  • en chirurgie, la dentisterie, la cosmétologie, la thérapie;
  • purification de l'eau, la manutention, le pompage de lasers à l'état solide, le contrôle des réactions chimiques dans le tri industriel, les machines industrielles, les systèmes d'allumage et des systèmes de défense aérienne.

sortie d'impulsion

La plupart laser à semi-conducteur génère un faisceau continu. En raison de la courte durée de résidence des électrons dans le niveau de conduction ne sont pas très appropriés pour générer un Q-switch impulsions, mais le mode quasi-continu de fonctionnement peut augmenter considérablement la puissance du générateur quantique. En outre, les lasers à semi-conducteurs peuvent être utilisés pour la génération de verrouillage de mode à impulsions ultracourtes ou la commutation du gain. moyen de courtes impulsions de courant, généralement limitée à quelques milliwatts sauf VECSEL-optique des lasers à pompage, qui a mesuré la puissance de sortie des impulsions picosecondes avec une fréquence de plusieurs dizaines de gigahertz.

La modulation et la stabilisation

L'avantage d'électrons court de séjour dans la bande de conduction de lasers semi-conducteurs est la capacité de moduler la fréquence élevée qui ont des lasers VCSEL-est supérieur à 10 GHz. Il a été utilisé dans la transmission de données optique, la spectroscopie, la stabilisation du laser.