لیزر کوانتومی آبشار (QCL)

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.