لیزر برای طیف سنجی

لیزر برای طیف سنجی

فناوری لیزر با قدرت بالا، اپتیک و کاربردهای فوق سریع

فناوری لیزر با قدرت بالا، اپتیک و کاربردهای فوق سریع

 

فناوری لیزر با قدرت بالا، اپتیک و کاربردهای فوق سریع

فناوری لیزر با قدرت بالا، اپتیک و کاربردهای فوق سریع

لیزرهای نیمه هادی/فیبر/Nd:YAG

لیزرهای آبشاری کوانتومی

لیزر نقطه کوانتومی / میکرولیزر

لیزرهای فوق سریع

لیزرهای CO2

جوشکاری لیزری / حفاری / اصلاح سطح / برش

جزوه لیزرهای دایود

لیزرهای دایود از تراشه‌های تقریباً میکروسکوپی گالیم-آرسنید یا سایر مواد نیمه‌رسانای عجیب و غریب برای تولید نور منسجم در بسته‌بندی بسیار کوچک استفاده می‌کنند. اندازه جمع و جور، قابلیت اطمینان و هزینه کم آنها به این معنی است که آنها در تمام جنبه های فناوری مدرن کاربرد دارند - مهمتر از همه آنها سیستم های مخابراتی نوری مدرن را هدایت می کنند.

لیزر دایود مقدمه ای جامع بر اصول و عملکرد لیزرهای دایود ارائه می دهد. قبل از توصیف اساسی‌ترین لیزر همجنس‌گرا، با مروری بر فیزیک نیمه‌رسانا و اصول لیزر آغاز می‌شود. فصل‌های بعدی انواع لیزرهای پیشرفته‌تر و کاربردهای آن‌ها را توصیف می‌کنند، و کتاب با فصل‌هایی که جدیدترین و عجیب‌ترین طرح‌های لیزر توسعه‌یافته و عجیب و غریب را توصیف می‌کند، پایان می‌یابد. سبک شهودی نویسنده، همراه با مجموعه گسترده ای از نمونه های کار شده و نمونه مسائل، این را به معرفی ایده آل برای دانشجویان مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد تبدیل کرده است.

فهرست مطالب

معرفی

فیزیک نیمه هادی ضروری

مبانی لیزر

خواص نوری مواد نیمه هادی

لیزر دو ساختار ناهمسان

لیزرهای چاه کوانتومی

لیزر ساطع کننده سطح عمودی حفره ای

مدل سازی لیزر دایود

فناوری امواج نور و ارتباطات فیبر

دیودهای لیزری با قدرت بالا

لیزرهای آبی و نقاط کوانتومی

لیزرهای آبشاری کوانتومی

ضمیمه ها

کاربردهای لیزرهای آبشاری کوانتومی

کاربردهای لیزرهای آبشاری کوانتومی

شاید مهم ترین کاربرد لیزرهای آبشاری کوانتومی در حوزه طیف سنجی جذب لیزری گازهای کمیاب باشد، به عنوان مثال. برای تشخیص غلظت های بسیار کم آلاینده ها در هوا. علاوه بر محدوده طول موج مناسب، QCLها معمولاً دارای پهنای خط نسبتاً باریک و قابلیت تنظیم طول موج خوب هستند که آنها را برای چنین کاربردهایی بسیار مناسب می کند.

لیزرهای آبشاری کوانتومی تراهرتز نیز برای کاربردهای مختلف تصویربرداری جالب هستند. مقاله تابش تراهرتز را ببینید.

یکی دیگر از زمینه های کاربردی QCL های THz، ارتباطات فضای آزاد است. اگرچه پرتوهای تراهرتز واگرایی پرتوهای بسیار قوی‌تری نسبت به پرتوهای نوری نشان می‌دهند، هنوز هم می‌توان از پرتوهای جهت‌دار برای انتقال در فواصل کوتاه از طریق هوا استفاده کرد.

یک مثال برای یک کاربرد نظامی استفاده از اقدامات متقابل مادون قرمز است، به عنوان مثال، موشک های تحریک کننده گرما یاب که به هواپیماها با ارسال نور مادون قرمز میانی به حسگرهای آنها حمله می کنند.

خواص معمولی لیزرهای آبشاری کوانتومی

خواص معمولی لیزرهای آبشاری کوانتومی

خواص معمولی لیزرهای آبشاری کوانتومی

طول موج های خروجی

بیشتر لیزرهای آبشاری کوانتومی نور مادون قرمز میانی ساطع می کنند (که به معنای طول موج بین 3 میکرومتر و 50 میکرومتر مطابق با ISO 20473:2007 است) - بنابراین آنها نوعی منابع لیزر مادون قرمز میانی هستند. با این حال، لیزرهای آبشاری کوانتومی نیز می توانند برای تولید امواج تراهرتز (→ منابع تراهرتز) ساخته شوند. چنین دستگاه هایی به ویژه منابع فشرده و ساده (پمپ شده الکتریکی) تابش تراهرتز را تشکیل می دهند. حتی تولید تراهرتز در دمای اتاق را می توان از طریق تولید فرکانس اختلاف داخلی به دست آورد [12].

توان خروجی و کارایی

در حالی که دستگاه‌های با دمای اتاق عمل پیوسته [4] معمولاً به سطوح توان خروجی متوسط ​​در ناحیه میلی‌وات محدود می‌شوند (اگرچه بیش از یک وات ممکن است)، چندین وات به راحتی با خنک‌سازی نیتروژن مایع امکان‌پذیر است. حتی در دمای اتاق، در هنگام استفاده از پالس های پمپ کوتاه، توان اوج در سطح وات امکان پذیر است.

بازده تبدیل توان لیزرهای آبشاری کوانتومی معمولاً در حد چند ده درصد است. با این حال، اخیراً دستگاه‌هایی با بازدهی حدود 50 درصد نشان داده شده‌اند [10، 11]، اگرچه فقط برای شرایط عملیات برودتی.

ویژگی های دینامیک

برای مثال، طول عمر حامل در لیزرهای آبشاری کوانتومی بسیار کمتر از دیودهای لیزر معمولی است. توسط پدیده های پراکندگی فونون محدود می شود. این همچنین پیامدهایی برای خواص دینامیکی دارد: میرایی بسیار قوی نوسانات آرامش (دینامیک گذرا بیش از حد میرا) وجود دارد. به همین دلیل، لیزرهای آبشاری کوانتومی را می توان با پهنای باند ذاتی بسیار بالا و محدود از چند ده گیگاهرتز مدوله کرد.

عرض خط

پهنای خط انتشار معمولاً نسبتاً کوچک است - که اغلب برای کاربردهای طیف‌سنجی بسیار مفید است. یک عامل کمک کننده برای آن، ضریب افزایش پهنای خط کوچک است.

لیزرهای آبشاری کوانتومی

مخفف: QCL

تعریف: لیزرهای نیمه هادی متکی بر انتقال بین زیر باند، معمولاً در ناحیه طیفی مادون قرمز میانی ساطع می کنند.

اصطلاحات عمومی تر: لیزرهای نیمه هادی، منابع لیزری مادون قرمز میانی، منابع تراهرتز

دسته ها: اپتوالکترونیک، دستگاه های لیزر و فیزیک لیزر

لیزرهای نیمه هادی

اگرچه اکثر لیزرهای نیمه هادی لیزرهای دیودی هستند، اما تعداد کمی از آنها اینگونه نیستند. این به این دلیل است که لیزرهای نیمه هادی وجود دارند که از ساختار دیود استفاده نمی کنند، مانند لیزرهای آبشاری کوانتومی و لیزرهای نیمه هادی با پمپ نوری.

مانند لیزرهای فیبر، دیودهای لیزر را می توان به عنوان لیزرهای حالت جامد طبقه بندی کرد زیرا محیط بهره آنها جامد است. با این حال، آنها به دلیل اتصال PN خود در یک دسته خاص قرار دارند.

دیودهای لیزر اغلب به عنوان منابع انرژی برای پمپاژ لیزرهای دیگر استفاده می شوند. به این لیزرها لیزرهای پمپ شده دیود می گویند. در این موارد، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است، معمولاً دیودهای لیزر برای پمپاژ انرژی بیشتر آرایه می شوند.

دیودهای لیزر بسیار رایج هستند. آنها در بارکدخوان ها، نشانگرهای لیزری، چاپگرهای لیزری، اسکنرهای لیزری و چندین کاربرد دیگر استفاده می شوند.

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

لیزرهای آبشاری کوانتومی

لیزرهای آبشاری کوانتومی

این دوره اصول اولیه دستگاه های ساطع کننده نور نانوفوتونیکی و آشکارسازهای نوری، از جمله نیمه هادی فلزی، عایق نیمه هادی فلزی، و اتصالات pn، رساناهای نوری، فتودیودهای بهمنی و لوله های مولتی پلایر را پوشش می دهد. ساختارهای با ابعاد کم، کلاس کاملاً جدیدی از دستگاه ها را امکان پذیر می کند. در سفری به من بپیوندید تا بفهمید چگونه این اتفاق می‌افتد و نمونه‌های قدرتمندی از فناوری‌های موفق مانند لیزر آبشار کوانتومی را بررسی کنید. ماژول 1 لیزر آبشار کوانتومی را پوشش می‌دهد، یک طراحی لیزری مبتنی بر انتقال بین زیر باند، که لیزرهای با طول موج بسیار طولانی را قادر می‌سازد. همچنین در مورد لیزرهایی صحبت خواهد کرد که بر روی انتقال درون باند، با استفاده از ساختارهای کم ابعاد، که امکان کنترل بیشتر بر غلظت حامل را فراهم می‌کنند، صحبت خواهد کرد.