सेमीकंडक्टर लेजर: उपकरण के प्रकार, ऑपरेटिंग सिद्धांत, के उपयोग

अर्धचालक पराबैंगनीकिरण क्वांटम जनरेटर अर्धचालक आधारित सक्रिय माध्यम है, जिसमें प्रेरित उत्सर्जन द्वारा ऑप्टिकल प्रवर्धन क्षेत्र में मुक्त प्रभारी वाहकों के एक उच्च एकाग्रता में क्वांटम ऊर्जा का स्तर के बीच संक्रमण पर बनाया गया है कर रहे हैं।

सेमीकंडक्टर लेजर: आपरेशन के सिद्धांत

आम तौर पर, इलेक्ट्रॉनों के बहुमत संयोजकता स्तर पर स्थित है। दृष्टिकोण फोटोन ऊर्जा ऊर्जा बैंड अंतराल, एक अर्धचालक से अधिक के दौरान, इलेक्ट्रॉनों उत्तेजना की स्थिति में आते हैं, और वर्जित क्षेत्र को तोड़ने, एक मुक्त क्षेत्र में आगे बढ़, इसकी कम किनारे पर ध्यान केंद्रित कर। इसके साथ ही, एक छेद संयोजक स्तर में गठन किया गया है, इसकी ऊपरी सीमा की बढ़ती। मुक्त क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों छेद के साथ पुनः संयोजित, फोटोन के रूप में ऊर्जा टूटना क्षेत्र की ऊर्जा के बराबर है, radiating। पुनर्संयोजन के लिए पर्याप्त ऊर्जा स्तर के साथ फोटॉनों द्वारा बढ़ाया जा सकता है। संख्यात्मक विवरण फर्मी वितरण समारोह से मेल खाती है।

युक्ति

अर्धचालक लेजर उपकरण में एक है लेजर डायोड प्रवाहकीय अर्धचालक p- और n- प्रकार के साथ संपर्क की बात - क्षेत्र पी-एन-संक्रमण में ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों और छेद पंप। इसके अलावा, जिसमें किरण प्रकाश और क्वांटम झरना लेजर, जो क्षेत्रों के भीतर बदलाव पर आधारित हैं की फोटॉनों के अवशोषण द्वारा बनाई है ऑप्टिकल ऊर्जा इनपुट के साथ अर्धचालक पराबैंगनीकिरण हैं।

संरचना

इस प्रकार विशिष्ट यौगिकों, अर्धचालक पराबैंगनीकिरण और अन्य optoelectronic उपकरणों में इस्तेमाल किया:

• गैलियम आर्सेनाइड;
• गैलियम फास्फाइड;
• गैलियम नाइट्राइड;
• ईण्डीयुम फास्फाइड;
• ईण्डीयुम गैलियम आर्सेनाइड;
• गैलियम एल्यूमीनियम आर्सेनाइड;
• गैलियम-ईण्डीयुम-गैलियम नाइट्राइड;
• फास्फाइड, गैलियम-ईण्डीयुम।

तरंग दैर्ध्य

इन यौगिकों - डायरेक्ट-खाई अर्धचालकों। Indirect- (सिलिकॉन) पर्याप्त बल और दक्षता के साथ प्रकाश का उत्सर्जन नहीं करता है। की तरंग दैर्ध्य विकिरण डायोड लेजर की विशेष परिसर के बैंड अंतराल दृष्टिकोण फोटोन ऊर्जा की ऊर्जा पर निर्भर करता है। 3 और 4-घटक अर्धचालक यौगिकों ऊर्जा बैंड अंतराल लगातार एक विस्तृत श्रृंखला से अधिक विभिन्न हो सकता है। AlGaAs पर = अल _x गा _{1-एक्स} के रूप में, उदाहरण के लिए, बढ़ती एल्यूमीनियम सामग्री (एक्स में वृद्धि) ऊर्जा बैंड अंतराल में वृद्धि के प्रभाव पड़ता है।

सबसे आम अर्धचालक पराबैंगनीकिरण स्पेक्ट्रम के निकट अवरक्त भाग में काम करते हैं, कुछ लाल (गैलियम ईण्डीयुम फास्फाइड), नीले या बैंगनी (गैलियम नाइट्राइड) रंग फेंकना। औसत अवरक्त अर्धचालक लेजर (selenide नेतृत्व) और क्वांटम झरना पराबैंगनीकिरण।

जैविक अर्धचालकों

इसके अलावा ऊपर अकार्बनिक यौगिकों का इस्तेमाल किया और कार्बनिक जा सकता है। उपयुक्त प्रौद्योगिकी विकास के अंतर्गत अभी भी है, लेकिन इसके विकास में काफी लेज़रों के उत्पादन की लागत कम करने के लिए वादा करता है। अब तक, केवल ऑप्टिकल ऊर्जा इनपुट और उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रिक पम्प अभी भी पूरी नहीं की गई है साथ कार्बनिक लेसरों का विकास किया।

जाति

विभिन्न मापदंडों और आवेदन मूल्य के साथ अर्धचालक पराबैंगनीकिरण की अधिकता से।

छोटे लेजर डायोड उच्च गुणवत्ता वाले यांत्रिक विकिरण जिसकी शक्ति पांच सौ milliwatts के लिए कुछ सौ से लेकर की किरण पैदा करते हैं। लेजर डायोड चिप एक पतली आयताकार थाली है, जो एक वेवगाइड के रूप में कार्य करता है, विकिरण एक छोटी सी जगह के लिए सीमित हो जाता है। क्रिस्टल एक बड़े क्षेत्र के एक PN-संक्रमण बनाने के लिए दोनों पक्षों के साथ doped। पेरोट interferometer - पॉलिश समाप्त होता है एक फेब्री की एक ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र पैदा करते हैं। एक फोटान गुहा के माध्यम से गुजर पुनर्संयोजन विकिरण में वृद्धि होगी पैदा करने के लिए, और पीढ़ी शुरू कर देंगे। वे लेजर सूचक, CD- और डीवीडी खिलाड़ियों, साथ ही फाइबर ऑप्टिक में किया जाता है।

कम बिजली की लेसरों और कम दालों पैदा करने की घटनाओं समन्वयित कर सकता है के लिए एक बाहरी गुहा के साथ ठोस पराबैंगनीकिरण।

एक बाहरी गुहा एक लेजर डायोड के शामिल है, जो लाभ माध्यम अधिक लेजर गुंजयमान यंत्र की रचना में एक भूमिका निभाता साथ अर्धचालक पराबैंगनीकिरण। तरंग दैर्ध्य को बदलने में सक्षम है और एक संकीर्ण उत्सर्जन बैंड है।

इंजेक्शन पराबैंगनीकिरण एक व्यापक बैंड में विकिरण के अर्धचालक क्षेत्र हैं, कई वाट की एक कम गुणवत्ता बीम बिजली पैदा कर सकते हैं। यह एक पतली परत सक्रिय p- और एन-परत के बीच निपटारा, एक डबल heterojunction के गठन के होते हैं। पार्श्व दिशा में प्रकाश की कारावास की व्यवस्था है जिसके हाई बीम दीर्घवृत्तता और अस्वीकार्य उच्च सीमा धाराओं में जो परिणाम लापता है।

शक्तिशाली डायोड सरणियों, डायोड, ब्रॉडबैंड, वाट के दसियों की साधारण गुणवत्ता बिजली की किरण के उत्पादन में सक्षम की एक सरणी से मिलकर।

डायोड के शक्तिशाली द्वि-आयामी सरणियों वाट लाखों की बिजली पैदा कर सकते हैं।

सतह उत्सर्जक पराबैंगनीकिरण (VCSEL) थाली करने के लिए खड़ा कई milliwatts में प्रकाश उत्पादन बीम गुणवत्ता उत्सर्जक। गुंजयमान यंत्र दर्पण के विकिरण सतह डाइन में परतों के रूप ¼ विभिन्न साथ लहर में लागू किया जाता है पर अपवर्तक सूचकांक। एक एकल चिप पर कई सौ लेजर, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन की संभावना को खोलता है बनाया जा सकता है।

सी VECSEL ऑप्टिकल ऊर्जा इनपुट और एक बाहरी गुंजयमान यंत्र एक मोड लॉकिंग में कई वाट की अच्छी गुणवत्ता बिजली की किरण पैदा करने में सक्षम पराबैंगनीकिरण।

कार्य अर्धचालक लेजर क्वांटम झरना बैंड के भीतर बदलाव के आधार पर (interband की तुलना में) लिखें। इन उपकरणों अवरक्त स्पेक्ट्रम के बीच इस क्षेत्र में फेंकना, कभी कभी टेराहर्ट्ज़ रेंज में। वे गैस विश्लेषक के रूप में उदाहरण के लिए उपयोग किया जाता है,,।

सेमीकंडक्टर लेसरों: आवेदन और के मुख्य पहलुओं

अत्यधिक विद्युत मध्यम वोल्टेज पर पंप के साथ उच्च शक्ति डायोड लेज़रों ऊर्जा की आपूर्ति की अत्यधिक प्रभावी साधन के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं ठोस राज्य पराबैंगनीकिरण।

अर्धचालक पराबैंगनीकिरण आवृत्तियों की एक बड़ी रेंज है कि दृश्य, निकट अवरक्त और मध्य अवरक्त स्पेक्ट्रम का हिस्सा भी शामिल है में काम कर सकते हैं। निर्मित उपकरणों भी izducheniya आवृत्ति बदलने के लिए।

लेजर डायोड जल्दी से स्विच और ऑप्टिकल शक्ति है कि फाइबर ऑप्टिक संचार लाइनों ट्रांसमीटरों में प्रयोग किया जाता है मिलाना कर सकते हैं।

इन विशेषताओं बना दिया है अर्धचालक पराबैंगनीकिरण तकनीकी रूप मेसर का सबसे महत्वपूर्ण प्रकार हैं। वे उपयोग किया जाता है:

• एक टेलीमेटरी सेंसर, pyrometers, ऑप्टिकल altimeter, rangefinders, जगहें, होलोग्रफ़ी;
• फाइबर ऑप्टिकल संचरण प्रणाली और डेटा भंडारण, सुसंगत संचार प्रणालियों में;
• लेजर प्रिंटर, वीडियो प्रोजेक्टर, संकेत, बार कोड स्कैनर, छवि स्कैनर, सीडी-खिलाड़ियों (डीवीडी, सीडी, ब्लू-रे);
• सुरक्षा व्यवस्था, क्वांटम क्रिप्टोग्राफी, स्वचालन, संकेतक में;
• ऑप्टिकल मैट्रोलोजी और स्पेक्ट्रोस्कोपी में;
• सर्जरी में, दंत चिकित्सा, सौंदर्य प्रसाधन, चिकित्सा;
• जल शोधन, सामग्री हैंडलिंग, ठोस राज्य पराबैंगनीकिरण के पंप, हवा रक्षा प्रणालियों औद्योगिक छंटाई में रासायनिक प्रतिक्रियाओं, औद्योगिक मशीनरी, इग्निशन सिस्टम, और का नियंत्रण।

पल्स उत्पादन

अधिकांश अर्धचालक लेजर एक सतत किरण उत्पन्न करता है। चालन स्तर में इलेक्ट्रॉनों की कम निवास समय के कारण वे एक क्यू-स्विच दालों पैदा करने के लिए बहुत उपयुक्त नहीं हैं, लेकिन आपरेशन के अर्ध सतत मोड में काफी मात्रा जनरेटर शक्ति में वृद्धि कर सकते हैं। इसके अलावा, अर्धचालक पराबैंगनीकिरण ultrashort पल्स मोड लॉक किया हुआ या लाभ की स्विचिंग की पीढ़ी के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। औसत बिजली कम दालों, आमतौर पर VECSEL-ऑप्टिकली पंप लेजर, जो उत्पादन वाट क्षमता गीगाहर्ट्ज़ के दसियों में एक आवृत्ति के साथ पीकोसैकन्ड दालों मापा जाता सिवाय कुछ milliwatts तक ही सीमित।

मॉड्यूलेशन और स्थिरीकरण

अर्धचालक पराबैंगनीकिरण के चालन बैंड में कम निवास इलेक्ट्रॉन का लाभ उच्च आवृत्ति जो VCSEL-लेज़रों 10 GHz से अधिक है मिलाना करने की क्षमता है। यह ऑप्टिकल आंकड़ा संचरण, स्पेक्ट्रोस्कोपी, लेजर स्थिरीकरण में इस्तेमाल किया गया है।