آغازگر QCL: تاریخچه ، ویژگی ها ، برنامه ها

از زمان اولین عملیات موفقیت آمیز خود در سال 1960 در آزمایشگاههای تحقیقاتی هیوز ، لیزر در مرکز نوآوری و تحقیق قرار داشته است. لیزرهای نیمه هادی برای اولین بار در سال 1962 هنگامی که رابرت هال اولین دیود لیزری گالیم آرسنید را معرفی کرد ظاهر شد. در سال 1970 ، Izuo Hayashi و Morton Panish از آزمایشگاه های Bell موفق به ایجاد یک دیود لیزری شدند که می تواند در دمای اتاق کار کند. این پیشرفت در ایجاد یک ساختار دوگانه با ساندویچ کردن یک لایه فعال نازک از آرسنید گالیوم بین دو لایه از یک نیمه رسانای متفاوت بود. 2 مرزهای بین دو نیمه هادی ، که به نام heterojunctions نیز شناخته می شوند ، هر دو حامل بار و نور تولید شده را محدود به فعال می کند. لایه ، و در نتیجه تقویت بیشتر نور است.

تغییرات و بهبود لایه فعال موضوع تحقیقات زیادی بود و در سال 1971 R.F. کازارینوف و آر.آ. سوریس ایده استفاده از مجموعه ای از ساختارهای نازک فوق العاده نازک برای محدود کردن الکترون ها - چاه های کوانتومی را ارائه داد. 3 با این حال ، تا سال 1994 بود که J. Faist و F. Capasso در آزمایشگاه های Bell اولین لیزر آبشار کوانتومی (QCL) را با استفاده از الکترون نشان دادند. پیشرفت در چاه های کوانتومی. لیزرهای اولیه آبشار کوانتومی برای عملکرد مداوم به دمای برودتی نیاز داشتند ، اما تا سال 2002 گروه J. Faist یک ساختار لایه فعال مناسب برای عملکرد مداوم در دمای اتاق طراحی کرده بود. MIR) به مناطق تراهرتز. پیشرفت در تکنیک های ساخت همراه با تنوع محدوده انتشار QCL ، آن را به یک منبع لیزری جذاب با قابلیت استفاده در انواع برنامه های MIR تبدیل کرده است.

ویژگی های QCL

بر خلاف دیودهای لیزری ، QCL برای تقویت نور به ترکیب مجدد جفت الکترون-حفره وابسته نیست ، بلکه در عوض به گذارهای درون ساختار چاه کوانتومی خود بستگی دارد. طراحی باریک چاه های کوانتومی الکترون ها را محدود می کند (شکل 1). هنگامی که یک میدان الکتریکی قوی یا ولتاژ اعمال می شود ، تفاوت پتانسیل در لایه ها به الکترونها اجازه می دهد تا در یک چاه کوانتومی منفجر تابشی شوند و یک فوتون ساطع کنند. از طریق اثر کوانتومی تونل زنی ، یک الکترون می تواند از یک لایه فعال به لایه دیگر تونل زده و دوباره منتقل شود. دنباله تونل زنی و انتشار فوتون در سراسر منطقه فعال تکرار می شود و در نتیجه "آبشار" انتشار را ایجاد می کند. انرژی از دست رفته در طول انتقال تابشی به حالت پایین تر مطابق با انرژی فوتون ساطع شده است. تغییرات در عرض لایه فعال منجر به انتقال انرژی متفاوت و انرژی فوتون می شود. این یک مزیت مهم برای توسعه QCL بوده است زیرا بدان معنی است که طول موج انتشار توسط محدوده باند مواد فعال مورد استفاده محدود نمی شود و امکان استفاده از مواد با فرایندهای رشد و ساخت ثابت مانند GaAs و InGaAs را فراهم می آورد. طرحهای QCL با استفاده از چاههای کوانتومی آرسنید ، انتشار در طول موجها را به اندازه 4 میکرومتر ضبط کرده اند و افزودن آنتیمونیدها منجر به انتشار 3.2 میکرومتر در دمای اتاق شده است.

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر کوانتومی آبشار (QCL) نوعی لیزر نیمه هادی است که در قسمت میانی تا مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی نور منتشر می کند. لیزرهای کوانتومی آبشار مزایای زیادی را ارائه می دهند: آنها در طیف مادون قرمز میانی از 5.5 تا 11.0 میکرومتر (900 سانتی متر در 1 تا 1800 سانتی متر در 1) قابل تنظیم هستند. ارائه زمان پاسخ سریع ؛ و روشنایی طیفی را که حتی از منبع سنکروترون به طور قابل توجهی روشن تر است ، فراهم می کند.

لیزرهای آبشار کوانتومی شامل لایه های متناوب از مواد نیمه رسانا هستند و چاههای انرژی کوانتومی را تشکیل می دهند که الکترونها را به حالتهای خاص انرژی محدود می کند. همانطور که یک الکترون در محیط لیزر حرکت می کند ، از یک چاه کوانتومی به حالت دیگر حرکت می کند ، که توسط ولتاژ اعمال شده بر روی دستگاه ایجاد می شود. در مکانهای دقیق ، که "منطقه فعال" نامیده می شود ، الکترون از یک حالت انرژی به حالت پایین تر منتقل می شود و در این فرایند ، فوتون ساطع می کند. الکترون در ساختار خود ادامه می دهد و هنگامی که با ناحیه فعال بعدی برخورد می کند ، دوباره تغییر می کند و فوتون دیگری از خود ساطع می کند. QCL ممکن است تا 75 ناحیه فعال داشته باشد و هر الکترون با عبور از ساختار ، تعداد زیادی فوتون تولید می کند.

طول موج خروجی توسط ساختار لایه ها تعیین می شود تا مواد لیزر ، و این امکان را برای سازندگان دستگاه ایجاد می کند که طول موج را به گونه ای تنظیم کنند که لیزرهای دیودی قابل تنظیم نباشند. طول موج خروجی لیزر دیود محدود به 2.5 میکرومتر است ، اما QCL ها در طول موج های بسیار طولانی تر عمل می کنند: دستگاههای تولید مادون قرمز موج میانی تا 11 میکرومتر در دسترس هستند و برخی از قطره چکانهای 25 میکرومتر به صورت آزمایشی ساخته شده اند.

گفته می شود که سیستم های میکروسکوپی مبتنی بر QCL به مقدار نسبتاً کمی قدرت و اندازه کوچک نیاز دارند و می توانند جایگزین FTIR بزرگتر و کندتر (طیف سنجی جرمی Fourier) و طیف سنجی جرمی شوند.

جوایز و مدال های OSA 2021

جوایز و مدال های OSA 2021

OSA مفتخر است که از مشارکت های برجسته در علم ، تحقیق ، مهندسی ، آموزش ، صنعت و جامعه تجلیل و تجلیل می کند.

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر کوانتومی آبشار (QCL) نوعی لیزر نیمه هادی است که در قسمت میانی تا مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی نور منتشر می کند. لیزرهای کوانتومی آبشار مزایای زیادی را ارائه می دهند: آنها در طیف مادون قرمز میانی از 5.5 تا 11.0 میکرومتر (900 سانتی متر در 1 تا 1800 سانتی متر در 1) قابل تنظیم هستند. ارائه زمان پاسخ سریع ؛ و روشنایی طیفی را که حتی از منبع سنکرترون به میزان قابل توجهی روشن تر است ، فراهم می کند.

لیزر مادون قرمز دور یا لیزر تراهرتز

لیزر مادون قرمز دور یا لیزر تراهرتز (لیزر FIR ، لیزر THz) لیزری با طول موج خروجی بین 30-1000 میکرومتر (فرکانس 0.3-10 THz) ، در محدوده فرکانس مادون قرمز یا تراهرتز طیف الکترومغناطیسی است.

فدریکو کاپاسو

فدریکو کاپاسو استاد فیزیک کاربردی رابرت ال والاس در دانشگاه هاروارد است ، که در سال 2003 پس از 26 سال فعالیت در آزمایشگاه های بل به آنجا پیوست ، جایی که از پست فوق به عنوان معاون تحقیقات فیزیکی رئیس جمهور ارتقا یافت. 

لیزر آبشار کوانتومی

6 نوع لیزر

6.1 لیزرهای Fabry – Perot

6.2 لیزرهای بازخورد توزیع شده

6.3 لیزرهای حفره خارجی

6.4 دستگاههای تنظیم پیشرفته

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر کوانتوم آبشار (QCL) نوعی لیزر نیمه هادی است که نور را در قسمت مادون قرمز تا مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی منتشر می کند. لیزرهای آبشار کوانتومی مزایای بسیاری دارند: آنها در طیف میانه مادون قرمز از 5.5 تا 11.0 میکرومتر (900 سانتی متر در 1 تا 1800 سانتی متر در متر) قابل تنظیم هستند. زمان پاسخ سریع را فراهم کنید و روشنایی طیفی را فراهم می کند که حتی از یک منبع سنکروترون به میزان قابل توجهی روشن تر است.

لیزر آبشار کوانتومی

لیزر آبشار کوانتومی به نوبه خود شامل مناطق فعال و مناطق رسانا است. یک منطقه فعال شامل سه زیر باند الکترون است.

مقدمه ای بر لیزرهای نیمه هادی

با شروع این فصل ، ما لیزرهای نیمه هادی را درمان می کنیم - این لیزرها حالت جامد با محیط فعال بر اساس مواد نیمه هادی هستند.

کلید واژه ها

لیزر آبشار کوانتومی لیزر نیمه هادی Active Medium Active Medium Conduction Band