لیزرهای نیمه هادی: مروری بر دستگاههای تجاری

لیزرهای نیمه هادی: مروری بر دستگاههای تجاری

دیودهای لیزر از نظر طول موج ، توان ، طیف و کیفیت پرتو بسیار متفاوت هستند. با این حال ، آنها دو مولفه اساسی با سایر لیزرها دارند: تقویت کننده نوری و تشدیدکننده که نور را از طریق عنصر تقویت کننده محدود و دوباره گردش می کند.

در لیزر دیود ، عنصر تقویت کننده یک اتصال PN متمایل به جلو است که در یک نیمه هادی باند پهن مستقیم تشکیل شده است. افزایش نوری از طریق ترکیب مجدد الکترونها و حفره های اتصال PN حاصل می شود. وقتی مغرضانه رو به جلو باشد ، الکترونها از سمت N تزریق می شوند در حالی که سوراخهایی از سمت P تزریق می شوند. هر دو الکترون و سوراخ در یک منطقه باند پایین قرار دارند که می توانند هنگام تحریک شدن توسط یک فوتون موجود ، خود به خود یا از طریق انتشار تحریک شده ترکیب شوند. (آنها همچنین می توانند بدون تابش مجدد ترکیب شوند ، یک روند انگلی باعث افت عملکرد می شود.)

ولتاژ کار با استفاده از باند گپ نور ساطع شده بعلاوه یک عامل خطی ناشی از مقاومت سری تعیین می شود. برای تابش 1 میکرومتر ، ولتاژ کار حدود 2 ولت است. لیزرهای دیود می توانند بسیار کارآمد باشند. به عنوان مثال ، پیشرفت های اخیر در بهره وری "دیوارپوش" (به عنوان مثال ، تبدیل قدرت ورودی الکتریکی به توان خروجی نوری) لیزرهای دیود که در محدوده طول موج 940 نانومتر کار می کنند ، به 70 درصد نزدیک می شود.

تشدید کننده به طور مداوم نور را چرخش می کند و مسئول انسجام بالا ، هم فضایی (قابل تمرکز در یک نقطه بسیار کوچک) و هم طیفی (متشکل از یک دامنه باریک از فرکانس ها) است. در اکثر موارد ، تشدیدکننده شامل یک راهنمای موج است که نور را در دو بعد محدود می کند و باعث می شود تا در یک مسیر غالباً خطی به جلو و عقب برود.

رزوناتور توسط آینه هایی محدود می شود که معمولاً با شکاف دادن صورت ها در هر انتهای موجبر ایجاد می شوند. تشدید کننده متشکل از دو آینه موازی صفحه را تشدید کننده فابری-پرو می نامند. بیشتر دیودهای لیزر از آن نوع هستند.

وجوه آینه با یک فیلم دی الکتریک پوشش داده می شود تا بازتابندگی را کم یا زیاد کند و مقاومت در برابر آسیب ناشی از تراکم قدرت بسیار بالا - تا 100 مگاوات بر سانتی متر مربع را بهبود بخشد. به طور کلی ، یک وجه با پوشش بازتابنده بالا (99 درصد) پوشش داده می شود ، در حالی که موردی که خروجی از آن گرفته می شود ، از 1 تا 10 درصد بازتاب دارد. اکثر قریب به اتفاق لیزرهای دیود با قطبش در صفحه تراشه ساطع می کنند. موارد استثنا شامل برخی از لیزرهای قابل مشاهده است.

محل اتصال PN با پمپ برقی برای همه لیزرهای نیمه رسانا از نظر کیفی یکسان است - فقط در انتخاب مواد ، مواد نگهدارنده و ضخامت لایه متفاوت است ، که بر طول موج ، کارایی ، قابلیت کنترل قدرت و غیره تأثیر می گذارد.

ساختارهای اپیتکسیال یکسان یا مشابه نیز در چندین دستگاه غیر لیزر استفاده می شود: تقویت کننده های نوری نیمه هادی مورد استفاده در سیستم های انتقال فیبر نوری. و LED های ساطع کننده لبه ، به نام دیودهای فوق لامپ ، که یک تشعشع پهنای باند ناهماهنگ و ساطع می کنند که در سنسورها و سیستم های ارتباطی مختلف استفاده می شود.