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

آینده فناوری فوتونیک و کاربردهای آن

فناوری فوتونیک گسترده است. فوتونیک چندین کاربرد را ممکن می سازد، از جمله فیبرهای نوری که اطلاعات را از طریق اینترنت منتقل می کنند، صفحه نمایش گوشی های هوشمند و ابزارهای رایانه ای، افزایش دقت تولید، قابلیت های نظامی بهتر، و ابزارهای تشخیص پزشکی بی شماری.

در چند دهه آینده، فرصت هایی که فوتونیک فراهم می کند، این پتانسیل را دارد که تأثیر اجتماعی بسیار بیشتری داشته باشد. فوتونیک در قلب برخی از رقابتی ترین و پرمخاطب ترین بازارهای تاریخ، با صنعت 14.5 میلیارد پوندی خواهد بود.

فیبر نوری با لیزر

لیزرها تا سال 2035 در تمام ارتباطات بین ماهواره‌ای برای ماهواره‌های مدار پایین مورد استفاده قرار خواهند گرفت و سریع‌ترین اتصال را حتی به دورترین نقاط  فراهم می‌کنند.

خطوط نوری برای ارتباطات ماهواره‌ای به زمین برای رفع نیاز روزافزون به پهنای باند مستقل از مکان، عادی خواهد شد.

از آنجایی که نور لیزر یک منبع نور تک طول موج است، برای سیستم های ارتباطی فیبر نوری ایده آل است. نور منتشر شده توسط یک لامپ یا خورشید ترکیبی از چندین طول موج مجزا است. از آنجایی که امواج نور در چنین پرتوی خارج از فاز هستند، پرتو قوی خاصی تشکیل نمی دهد.

از طرف دیگر پرتوهای لیزر دارای یک طول موج هستند و تمام امواج آنها در فاز هستند و در نتیجه نور بسیار شدیدی تولید می کنند. طول موج یک فیبر نوری بر سرعت عبور نور از آن تأثیر می گذارد. از آنجایی که نور معمولی دارای طول موج‌های متنوعی است، تفاوت‌هایی در سرعت انتقال ایجاد می‌شود و تعداد پیام‌هایی را که ممکن است در مدت زمان معینی منتقل شوند، محدود می‌کند.

از آنجایی که نور لیزر یک منبع نوری تک طول موج با فاز ثابت است، نور لیزر به آرامی با پراکندگی بسیار کم حرکت می کند و برای ارتباطات از راه دور بسیار عالی است.

نسل بعدی شبکه نوری پرسرعت

لیزرها ممکن است بتوانند نیازهای نسل بعدی شبکه های نوری پرسرعت را برطرف کنند. آنها به دلیل هزینه ارزان، قابلیت تنظیم گسترده، مصرف انرژی کم و پاسخ طیف عالی، منابع انتقال عالی هستند.

نورهای لیزری به طور گسترده ای به عنوان منابع نور انتقال داده با سرعت بالا در ارتباطات فیبر نوری استفاده می شود. آنها اندازه کوچکی دارند، ادغام آسان و قدرت خروجی بالایی دارند. انتشار تحریک شده انتشار منسجمی را در آن لیزرها ایجاد می کند و تزریق الکتریکی در ناحیه فعال نیمه هادی حاصل می شود.

از آنجایی که این لیزرهای دایود کوچک هستند، می‌توان آن‌ها را با استفاده از تکنیک‌های ساخت به خوبی تولید کرد. لیزرهای نیمه هادی در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی نوری بسیار کارآمد هستند.

مزایای اقتصادی شناسایی و برچسب گذاری نوری

انتظار می رود دیجیتالی شدن تولید 455 میلیارد پوند منفعت اقتصادی و 4.5 درصد کاهش در انتشار CO2 داشته باشد. یک سوم از 11 میلیارد پوند بازار لیزر در سراسر جهان برای پردازش مواد استفاده می شود.

با این حال، پذیرش صنعت در  کم است، به ویژه در خارج از تولید کنندگان برتر. تا سال 2035، اصلاح این امر باعث ایجاد 8 میلیارد پوند در مجموع درآمد سالانه تولید لیزر می شود

پردازش تصویر لیزری و بینایی کامپیوتری برای حمایت از تولید موتورهای الکتریکی و باتری رقابتی در بریتانیا، از جمله نوآوری مورد نیاز برای انطباق با انواع وسیعی از مواد، حیاتی خواهد بود.

برای مثال، فوتونیک فقط در کشاورزی شروع شده است. دستگاه‌های شیردوشی مبتنی بر لیزر، که اختراع شده‌اند، در حال افزایش در بازار هستند و تولید لبنیات و رفاه حیوانات را افزایش می‌دهند. تا سال 2035، فوتونیک زراعت را دیجیتالی می کند و انقلابی در تولید مواد غذایی ایجاد می کند.

اقتصاد دایره ای

کل ارزش بالقوه اقتصاد دایره ای بسیار فراتر از بازیافت مواد یا بازگرداندن آنها است. این ارزش در استفاده مجدد، تعمیر، نوسازی و ساخت مجدد قطعات و محصولات گنجانده شده است. بنابراین، تقویت این تنظیمات و مهارت‌های معکوس به همان اندازه ضروری است.

شبکه‌های تامین‌کننده ورودی پیچیده و چندلایه توسط مشاغل تسلط یافته است. در بازار فوتونیک، به منظور استفاده از پتانسیل، ارزش و امنیت عرضه در ، شرکت‌ها باید به منظور برآورده کردن تقاضا از بازارهای چند میلیارد پوندی، امکان افزایش مقیاس را در سراسر جهان فراهم کنند. اکنون به همان سطح مهارت برای سازماندهی جریان‌های ارزش پس از استفاده در بسیاری از شرکای چرخه معکوس نیاز است.

بیش از 50 درصد از قیمت های نوبل مربوط به فوتونیک است

برای پیشبرد دانش بشری، تحقیقات بنیادی در مقیاس بزرگ از فوتونیک مانند تلسکوپ، شتاب دهنده ذرات و لیزرهای پرقدرت با پمپاژ نوری استفاده می کنند. در 25 سال گذشته، 50 درصد از تمام جوایز نوبل در فیزیک به اکتشافات فوتونیک مرتبط بوده و یا مستقیماً بر فوتونیک به عنوان یک روش اکتشافی تکیه کرده اند.

از رایانه‌های کوانتومی گرفته تا ارتباطات کوانتومی ایمن، قلمرو جدید هیجان‌انگیز فناوری‌های برهم‌نهی کوانتومی مستقیماً مبتنی بر فوتونیک است یا برای کار کردن به فوتونیک نیاز دارد.

 نیروگاه علمی فوتونیک با رشد بازار بالا

پیش‌بینی اینکه اکتشافات جدید چه، کجا و چه زمانی تولید می‌شوند سخت است، اما واضح است که در اکثر موارد از فوتونیک استفاده می‌شود.  از لیزرهای پرقدرت گرفته تا تلسکوپ‌ها، تک فوتون‌ها و میکروسکوپ‌های با وضوح فوق‌العاده.

تا سال 2035، داده های ارسالی بیش از 99.5 درصد از زمان سفر را به صورت نور منتقل خواهند کرد. در نتیجه، فوتونیک برای امنیت دیجیتال ما حیاتی است. نیاز به تقویت تخصص  در این زیرساخت مهم به وضوح درک شده است. نوآوری هایشامل تقویت کننده های نوری و فیبرهای نوری است.  ارتباطات کوانتومی ایمن در حال توسعه است.

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.

لیزر نیمه هادی

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

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.

دیودهای ساطع نور و لیزرهای نیمه هادی

دیودهای ساطع نور و لیزرهای نیمه هادی

مدرک کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق.

معرفی دوره آموزشی لیزرهای LED و نیمه هادی

شما با دیودهای ساطع نور نیمه هادی (LED) و لیزرها و قوانین مهم برای تجزیه و تحلیل، برنامه ریزی، طراحی و اجرای آنها آشنا خواهید شد. شما همچنین دانش خود را از طریق مجموعه مسائل چالش برانگیز تکالیف به کار خواهید گرفت تا درک خود را از مطالب تقویت کنید و شما را برای استفاده در حرفه خود آماده کنید.

نتایج یادگیری دوره

در پایان این دوره شما قادر خواهید بود…

   (1) یک دیود ساطع کننده نور نیمه هادی طراحی کنید و کارایی را تجزیه و تحلیل کنید

   (2) یک لیزر نیمه هادی طراحی کنید

   (3) مواد نیمه هادی مناسب را برای دستگاه های ساطع کننده نور انتخاب کنید

دیود و سایر لیزرهای نیمه هادی

فصل 10 دیود و سایر لیزرهای نیمه هادی 341

10.1 انواع لیزرهای نیمه هادی 341

10.2 توسعه لیزرهای دایود 342

10.3 مبانی نیمه هادی 344

10.4 مقایسه LED و دیود-لیزر انتشار 353

10.5 محدود کردن نور و جریان 359

10.6 لیزر دیود ساطع لبه 370

10.7 لیزر دیود ساطع کننده سطح 375

10.8 خواص نوری لیزرهای دیود 379

10.9 مواد دیود-لیزر و طول موج 381

10.10 لیزرهای آبشاری کوانتومی و انواع مرتبط 390

10.11 ما چه آموخته ایم؟ 393

لیزرهای نیمه هادی

لیزرهای نیمه هادی - پایداری، ناپایداری و آشوب

این مونوگراف پیشرفت های شگفت انگیز اخیر را در زمینه آشوب، پایداری و ناپایداری لیزرهای نیمه هادی توصیف می کند. برنامه ها و چشم اندازهای آینده به تفصیل مورد بحث قرار می گیرند. این کتاب بر دینامیک های مختلف ناشی از لیزرهای نیمه هادی توسط بازخورد نوری و الکترونیکی، تزریق نوری و مدولاسیون جریان تزریق تأکید دارد. نتایج اخیر تحقیقات نظری و تجربی ارائه شده است. لیزرهای نیمه هادی که کاربردهای آشفتگی، کنترل و نویز لیزر نیمه هادی را نشان می دهد، سرکوب و ارتباطات امن آشفته را توصیف می کند. برای کسانی که علاقه مند به اپتیک هستند اما با سیستم های غیر خطی آشنایی ندارند، مقدمه ای کوتاه برای تحلیل آشوب ارائه شده است.