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.

لیزر چاه کوانتومی

لیزر چاه کوانتومی یک دیود لیزری است که در آن ناحیه فعال دستگاه آنقدر باریک است که محصور شدن کوانتومی رخ می دهد. دیودهای لیزر در مواد نیمه هادی مرکب تشکیل می شوند که (کاملاً بر خلاف سیلیکون) قادر به انتشار موثر نور هستند. طول موج نوری که توسط لیزر چاه کوانتومی ساطع می‌شود، با عرض ناحیه فعال تعیین می‌شود و نه فقط باند گپ موادی که از آن ساخته شده است.[1] این بدان معناست که می توان طول موج های بسیار کوتاه تری را از لیزرهای چاه کوانتومی نسبت به دیودهای لیزری معمولی با استفاده از یک ماده نیمه هادی خاص به دست آورد. راندمان لیزر چاه کوانتومی نیز به دلیل شکل گام به گام عملکرد چگالی حالات آن از دیود لیزری معمولی بیشتر است.

لیزر نیمه هادی

لیزر نیمه هادی (660 نانومتر، 635 نانومتر، 532 نانومتر، 520 نانومتر، 445 نانومتر، 405 نانومتر)

دیود لیزر

دیود لیزر از نظر الکتریکی یک دیود پین است. ناحیه فعال دیود لیزر در ناحیه ذاتی (I) است و حامل ها (الکترون ها و سوراخ ها) به ترتیب از ناحیه N و P به آن ناحیه پمپ می شوند. در حالی که تحقیقات اولیه لیزر دیود بر روی دیودهای ساده P-N انجام شد، همه لیزرهای مدرن از اجرای ساختار دوگانه هترو استفاده می‌کنند، جایی که حامل‌ها و فوتون‌ها برای به حداکثر رساندن شانس خود برای نوترکیبی و تولید نور محدود می‌شوند. برخلاف دیودهای معمولی، هدف دیود لیزری ترکیب مجدد همه حامل‌ها در ناحیه I و تولید نور است. بنابراین، دیودهای لیزر با استفاده از نیمه هادی های مستقیم باند گپ ساخته می شوند. ساختار اپیتاکسیال دیود لیزر با استفاده از یکی از تکنیک‌های رشد کریستال رشد می‌کند، که معمولاً از یک بستر N دوپ شده شروع می‌شود و لایه فعال I دوپ شده را رشد می‌دهد و به دنبال آن روکش دوپ شده P و یک لایه تماسی رشد می‌کند. لایه فعال اغلب از چاه های کوانتومی تشکیل شده است که جریان آستانه کمتر و بازده بالاتری را ارائه می دهند.

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.

لیزرهای پالس فمتوثانیه

معرفی لیزرهای پالس فمتوثانیه روش های جدید متعددی را برای آنالیزهای تشخیصی غیر مخرب نمونه های بیولوژیکی ارائه کرده است. این کتاب اولین کتابی است که درمان متمرکز و سیستماتیک روش‌های بیوفوتونیک فمتوثانیه را ارائه می‌کند. هر فصل تئوری، عمل و کاربردها را ترکیب می کند و خواننده را از طریق تکنیک های تصویربرداری، دستکاری و ساخت راهنمایی می کند. با توضیح میکروسکوپ غیرخطی و چند فوتونی، فصل‌های بعدی به تکنیک‌های به دام انداختن نوری و توسعه موچین‌های لیزری می‌پردازند. در نتیجه‌گیری که موضوعات مختلف کتاب را گرد هم می‌آورد، نویسندگان در مورد زمینه رو به رشد میکرو مهندسی فمتوثانیه بحث می‌کنند. طیف گسترده ای از کاربردهای بیوفوتونیک فمتوثانیه به این معنی است که این کتاب برای محققان و پزشکان در زمینه های مهندسی پزشکی، بیوفیزیک، علوم زیستی و پزشکی جذاب خواهد بود.

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

لیزر سیلیکونی هیبریدی

لیزر سیلیکونی هیبریدی یک لیزر نیمه هادی است که از سیلیکون و مواد نیمه هادی گروه III-V ساخته شده است. لیزر سیلیکونی هیبریدی برای رفع کمبود لیزر سیلیکونی ایجاد شد تا امکان ساخت دستگاه‌های نوری سیلیکونی کم‌هزینه و تولید انبوه را فراهم کند. رویکرد ترکیبی از خواص ساطع نور مواد نیمه هادی III-V همراه با بلوغ فرآیند سیلیکون برای ساخت لیزرهای الکتریکی بر روی ویفر سیلیکونی استفاده می کند که می تواند با سایر دستگاه های فوتونیک سیلیکونی ادغام شود.