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.

لیزرهای آبشار کوانتومی متشکل از لایه های متناوب مواد نیمه هادی هستند و چاه های انرژی کوانتومی را تشکیل می دهند که الکترون ها را به حالت های انرژی خاص محدود می کند. هنگامی که یک الکترون از طریق محیط لیزر حرکت می کند ، از یک چاه کوانتوم به دیگری منتقل می شود ، که توسط ولتاژ اعمال شده در سراسر دستگاه هدایت می شود. الکترون در مکانهای دقیق ، به نام "منطقه فعال" ، الکترون از یک حالت انرژی به یک حالت پایین تر منتقل می شود و در طی آن ، یک فوتون ساطع می کند. الکترون از طریق ساختار ادامه می یابد و هنگامی که با ناحیه فعال بعدی روبرو می شود دوباره انتقال می یابد و فوتون دیگری 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 به جای ماده لیزر توسط ساختار لایه ها تعیین می شود ، این امکان را برای سازندگان دستگاه فراهم می کند تا طول موج را به گونه ای تنظیم کنند که لیزرهای دیود متناسب نباشند. طول موج خروجی لیزر دیود به µ 2.5 میکرومتر محدود می شود ، اما QCL ها در طول موج های بسیار طولانی تری کار می کنند: دستگاه های تولید مادون قرمز موج میانی تا 11 میکرومتر در دسترس هستند و برخی از انتشار دهنده های 25 میکرومتر به صورت آزمایشی ساخته شده اند.

گفته می شود از آنجا که آنها به مقدار نسبتاً کمی نیرو نیاز دارند و اندازه کمی دارند ، گفته می شود که سیستم های میکروسکوپی مبتنی بر QCL قادر به جایگزینی سیستم های بزرگتر و کندتر FTIR (مادون قرمز تبدیل فوریه) و جرمی برای کارهای آزمایشگاهی و میدانی هستند.