معرفی لیزرها با مهندس شکوفه ساتری

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

جلسه اول فیزیک لیزر

با خانم مهندس شکوفه ساتری

این لیستی از انواع لیزر، طول موج های عملیاتی و کاربردهای آنها است. هزاران نوع لیزر شناخته شده است، اما بیشتر آنها فقط برای تحقیقات تخصصی استفاده می شوند.

فهرست

1. بررسی اجمالی

2 لیزر گازی

3 لیزر شیمیایی

4 لیزر رنگی

5 لیزر بخار فلزی

6 لیزر حالت جامد

7 لیزر نیمه هادی

8 انواع دیگر لیزر

اختراع لیزر چاه کوانتومی

اختراع لیزر چاه کوانتومی

پس از این که این آزمایش واقعیت سطوح انرژی چاه کوانتومی پیش بینی شده را نشان داد، هنری سعی کرد به یک کاربرد فکر کند. او متوجه شد که ساختار چاه کوانتومی چگالی حالت‌های نیمه‌رسانا را تغییر می‌دهد و منجر به یک لیزر نیمه‌رسانا بهبود یافته می‌شود که به الکترون‌ها و حفره‌های الکترونی کمتری برای رسیدن به آستانه لیزری نیاز دارد. همچنین، او متوجه شد که طول موج لیزر را می توان صرفاً با تغییر ضخامت لایه های نازک چاه کوانتومی تغییر داد، در حالی که در لیزر معمولی تغییر در طول موج مستلزم تغییر در ترکیب لایه است. او استدلال کرد که چنین لیزری در مقایسه با لیزرهای ناهمساختار دوتایی استاندارد که در آن زمان ساخته می‌شدند، ویژگی‌های عملکردی برتری دارد.

دینگل و هنری حق اختراعی را در مورد این نوع جدید از لیزر نیمه هادی دریافت کردند که شامل یک جفت لایه باند پهن است که یک ناحیه فعال بین آنها قرار گرفته است، که در آن "لایه های فعال به اندازه کافی نازک هستند (مثلاً حدود 1 تا 50 نانومتر) تا کوانتوم را جدا کنند. این لیزرها با تغییر ضخامت لایه‌های فعال قابلیت تنظیم طول موج را نشان می‌دهند. همچنین امکان کاهش آستانه ناشی از تغییر چگالی حالت‌های الکترونی توضیح داده شده است. این حق اختراع در 21 سپتامبر 1976 با عنوان "اثرات کوانتومی در لیزرهای ناهمسان"، ثبت اختراع ایالات متحده به شماره 3،982،207 صادر شد.[7]

لیزرهای چاه کوانتومی به الکترون ها و حفره های کمتری برای رسیدن به آستانه نسبت به لیزرهای ناهمساختار دوتایی معمولی نیاز دارند. یک لیزر کوانتومی خوب طراحی شده می تواند جریان آستانه بسیار پایینی داشته باشد.

علاوه بر این، از آنجایی که راندمان کوانتومی (فوتون‌ها به ازای هر الکترون ورودی) تا حد زیادی توسط جذب نوری توسط الکترون‌ها و حفره‌ها محدود می‌شود، بازده کوانتومی بسیار بالایی را می‌توان با لیزر چاه کوانتومی به دست آورد.

برای جبران کاهش ضخامت لایه فعال، اغلب از تعداد کمی چاه کوانتومی یکسان استفاده می شود. این لیزر چاه چند کوانتومی نامیده می شود.

خاستگاه مفهوم چاه های کوانتومی

در سال 1972، چارلز اچ. هنری، فیزیکدان و رئیس تازه منصوب شده بخش تحقیقات الکترونیک نیمه هادی در آزمایشگاه های بل، علاقه شدیدی به موضوع اپتیک یکپارچه، ساخت مدارهای نوری که در آن نور در موجبرها حرکت می کند، داشت.

بعداً در همان سال، هنری که در مورد فیزیک موجبرها فکر می کرد، بینش عمیقی داشت. او متوجه شد که یک ناهمساختار دوگانه نه تنها یک هدایت کننده موج برای امواج نور، بلکه به طور همزمان برای امواج الکترونی است. هنری از اصول مکانیک کوانتومی استفاده می کرد که بر اساس آن الکترون ها هم به صورت ذره و هم به صورت موج رفتار می کنند. او تشابه کاملی را بین محصور شدن نور توسط یک موجبر و محصور شدن الکترون‌ها توسط چاه پتانسیلی که از تفاوت شکاف‌های باند در یک ناهم‌ساختار مضاعف ایجاد می‌شود، دریافت.

C.H. هنری متوجه شد که همانطور که حالت‌های گسسته‌ای وجود دارد که در آنها نور در یک موجبر حرکت می‌کند، باید حالت‌های تابع موج الکترونی گسسته در چاه پتانسیل وجود داشته باشد که هر یک سطح انرژی منحصربه‌فردی دارند. تخمین او نشان داد که اگر لایه فعال ساختار ناهمگون به نازکی چند ده نانومتر باشد، سطوح انرژی الکترون با ده‌ها میلی‌الکترون ولت از هم جدا می‌شود. این مقدار از تقسیم سطح انرژی قابل مشاهده است. ساختاری که هانری تحلیل کرد امروزه «چاه کوانتومی» نامیده می شود.

هنری شروع به محاسبه کرد که چگونه این «کوانتیزاسیون» (یعنی وجود توابع موج الکترون گسسته و سطوح انرژی الکترون گسسته) خواص جذب نوری (لبه جذبی) این نیمه هادی ها را تغییر می دهد. او متوجه شد که به جای اینکه جذب نوری مانند نیمه هادی های معمولی به آرامی افزایش یابد، جذب یک ناهمساختار نازک (هنگامی که در مقابل انرژی فوتون رسم می شود) به صورت یک سری مراحل ظاهر می شود.

علاوه بر مشارکت های هنری، چاه کوانتومی (که نوعی لیزر ناهم ساختار دوگانه است) در واقع برای اولین بار در سال 1963 توسط هربرت کرومر در مجموعه مقالات IEEE [2] و به طور همزمان (در سال 1963) در ایالات متحده آمریکا توسط Zh. I. Alferov و R.F. کازارینوف.[3] آلفروف و کرومر در سال 2000 جایزه نوبل را به دلیل کارشان در ناهمسان سازه های نیمه هادی دریافت کردند.

معرفی لیزرها با مهندس شکوفه ساتری

1 نظریه

1.1 پمپاژ الکتریکی و نوری

1.2 تولید انتشار خود به خود

1.3 نیمه هادی های باند شکاف مستقیم و غیر مستقیم

1.4 تولید انتشار تحریک شده

1.5 حالت های حفره نوری و لیزر

1.6 تشکیل پرتو لیزر

2 تاریخچه

3 نوع

3.1 لیزرهای دو ساختار ناهمسان

3.2 لیزرهای چاه کوانتومی

3.3 لیزرهای آبشاری کوانتومی

3.4 لیزرهای آبشاری بین باند

3.5 لیزرهای ناهم ساختار محصور کننده مجزا

3.6 لیزرهای بازتابنده براگ توزیع شده

3.7 لیزرهای بازخورد توزیع شده

3.8 لیزر ساطع کننده سطح حفره عمودی

3.9 لیزر ساطع کننده سطح عمودی حفره خارجی

3.10 لیزرهای دیود حفره خارجی

4 قابلیت اطمینان

5 برنامه های کاربردی

5.1 مخابرات، اسکن و طیف سنجی

5.2 مصارف پزشکی

6 طول موج های رایج

6.1 نور مرئی

6.2 مادون قرمز

معرفی لیزرها با مهندس شکوفه ساتری

دیود لیزر (LD، همچنین دیود لیزر تزریقی یا ILD، یا لیزر دیود) یک دستگاه نیمه هادی شبیه به دیود ساطع کننده نور است که در آن دیودی که مستقیماً با جریان الکتریکی پمپ می شود می تواند شرایط لیزر را در محل اتصال دیود ایجاد کند.[1]: 3

انتقال p-n که توسط ولتاژ هدایت می شود، امکان ترکیب مجدد یک الکترون با یک سوراخ را فراهم می کند. به دلیل افت الکترون از سطح انرژی بالاتر به سطح پایین تر، تابش به شکل فوتون ساطع شده ایجاد می شود. این انتشار خود به خودی است. انتشار تحریکی می تواند زمانی ایجاد شود که این فرآیند ادامه یابد و نوری با فاز، انسجام و طول موج یکسان تولید کند.

انتخاب ماده نیمه هادی طول موج پرتوی ساطع شده را تعیین می کند که در دیودهای لیزر امروزی از طیف مادون قرمز تا طیف UV متغیر است. دیودهای لیزری رایج ترین نوع لیزر تولید شده با طیف وسیعی از کاربردها هستند که شامل ارتباطات فیبر نوری، بارکدخوان، نشانگرهای لیزری، خواندن/ضبط دیسک CD/DVD/Blu-ray، چاپ لیزری، اسکن لیزری و روشنایی پرتو نور می شود. . با استفاده از فسفری مانند آنچه در LED های سفید یافت می شود، می توان از دیودهای لیزر برای روشنایی عمومی استفاده کرد.

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

لیزرهای فیبر و تقویت کننده

فصل 9 لیزرهای فیبر و تقویت کننده 301

9.1 لیزرهای فیبر چیست؟ 301

9.2 ساختارهای فیبر نوری 306

9.3 طراحی و کارایی لیزر فیبر 310

9.4 لیزرهای فیبر دوپ شده با زمین کمیاب 318

9.5 تقویت کننده فیبر دوپ شده با زمین کمیاب 328

9.6 لیزر و تقویت کننده فیبر رامان 332

9.7 ما چه آموخته ایم؟ 335

جزوه لیزر گازی

فصل 7 لیزرهای گازی 217

7.1 خانواده لیزر گازی 217

7.2 مبانی لیزر گازی 218

7.3 لیزر هلیوم-نئون 225

7.4 لیزرهای آرگون و کریپتون یون 229

7.5 لیزر بخار فلزی 232

7.6 لیزر دی اکسید کربن 235

7.7 لیزر اگزایمر 240

7.8 لیزر نیتروژن 243

7.9 لیزرهای شیمیایی 243

7.10 سایر لیزرهای گازی 246

7.11 ما چه آموخته ایم؟ 247