لیزر آبشار کوانتومی

لیزر آبشار کوانتومی

Quantum Cascade Laser (QCL) نوعی لیزر نیمه هادی است که در قسمت میانی تا دور مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی ساطع می شود. لیزرهای آبشار کوانتومی مزایای بسیاری دارند: در طیف مادون قرمز مادون قرمز از 5.5 تا 11.0 میکرومتر (900 cm-1 تا 1800 cm-1) قابل تنظیم هستند. زمان پاسخ سریع را فراهم کنید. و روشنایی طیفی را نشان می دهد که به میزان قابل توجهی روشن تر از حتی یک منبع سنکروترون است.

لیزرهای آبشار کوانتومی شامل لایه های متناوب از مواد نیمه هادی هستند و چاه های انرژی کوانتومی تشکیل می دهند که الکترون ها را به حالت های انرژی خاص محدود می کند. با حرکت یک الکترون در وسط لیزینگ ، از یک چاه کوانتومی به قسمت دیگر منتقل می شود و توسط ولتاژ اعمال شده در دستگاه هدایت می شود. در مکان های دقیق ، به نام "منطقه فعال" ، انتقال الکترون از یک حالت انرژی به حالت پایین تر و در این فرآیند ، یک فوتون ساطع می کند. الکترون در داخل ساختار ادامه می یابد و هنگامی که به منطقه فعال بعدی برخورد می کند ، دوباره انتقال می یابد و فوتون دیگری را منتشر می کند. QCL ممکن است تا حدود 75 منطقه فعال داشته باشد و هر الکترون هنگام عبور از سازه تعداد زیادی فوتون تولید می کند.

طول موج خروجی با توجه به ساختار لایه ها به جای مواد لیزینگ تعیین می شود و این امکان را برای سازندگان دستگاه فراهم می کند تا طول موج را به گونه ای تنظیم کنند که لیزرهای دیود قابل تنظیم نباشند. طول موج خروجی لیزر دیود محدود به 2.5 میکرومتر پوند است ، اما QCL ها در طول موجهای بسیار طولانی تر عمل می کنند: دستگاههای تولید مادون قرمز موج میانی تا 11 میکرومتر در دسترس هستند ، و برخی از فرستنده های 25 میکرومتر نیز بر مبنای آزمایش ساخته شده اند.

از آنجا که آنها به انرژی نسبتاً کمی نیاز دارند و از نظر اندازه کوچک هستند ، گفته می شود که سیستم های میکروسکوپی مبتنی بر QCL قادر به جایگزینی سیستم های بزرگتر و کندتر FTIR (Fourier Transform Infrared) و طیف سنجی جرمی برای هر دو آزمایشگاه و کار میدانی هستند.