अर्काचालक लेजरहरू: प्रकारहरू, उपकरण, सञ्चालनको सिद्धान्त, अनुप्रयोग

अर्काचालक लेजरहरू क्वांटम जेनरेटरहरू एक अर्धचालक सक्रिय माध्यममा आधारित हुन्छन् जसमा अप्टिकल एम्पलीफायरले फ्रीम्यानमा उच्च स्तरको प्रभारी क्यारियरहरूमा ऊर्जा स्तरको बीच क्वांटम ट्राफिकमा उत्तेजित उत्सर्जनद्वारा उत्पादन गरिन्छ।

अर्काचालक लेजर: सञ्चालनको सिद्धान्त

सामान्य अवस्थामा, धेरै इलेक्ट्रोन्स वेल्टेज को स्तर मा स्थित छ। जब फोन्सन असुविधा क्षेत्र को ऊर्जा भन्दा अधिक ऊर्जा को आपूर्ति गर्दछ, अर्धचालक को इलेक्ट्रोन्स उत्तेजना को स्थिति मा आउँछ, र निषिद्ध क्षेत्र पार गरेर, नि: शुल्क क्षेत्र मा प्रवेश गर्नुहोस, यसको निचला किनारा मा ध्यान केंद्रित। एकै समयमा, वेल्टेज स्तरमा बनाइएको छेदहरू माथिल्लो तहमा वृद्धि हुन्छ। फ्री क्षेत्रमा इलेक्ट्रोन्स छेदहरूसँग पुनःप्राप्त हुन्छ, फोन्टोनको रूपमा, असंतोषता क्षेत्रको ऊर्जाको बराबर ऊर्जालाई पराजित गर्दछ। पर्याप्त मात्रामा ऊर्जाको साथ फोटोहरू द्वारा पुनःबापन गर्न सकिन्छ। संख्यात्मक विवरण Fermi वितरण प्रकार्यसँग मेल खान्छ।

उपकरण

अर्धचालक लेजर उपकरण एक लेजर डायोड हो जुन इलेक्ट्रोनिक्स र छेदहरु को पीएन जंक्शन जंक्शन क्षेत्र मा पंप गरिन्छ - अर्धचालक को संपर्क p- र एन प्रकार को चालकता संग संपर्क। यसको अतिरिक्त, वहाँ एक ऑप्टिकल ऊर्जा आपूर्ति के साथ अर्धचालक लेजर हैं, जिसमें बीम प्रकाश की फोटोन के अवशोषण और साथ ही क्वांटम कैस्केड लेजर के द्वारा बनाई गई जिसका संचालन बैंड के भीतर बदलाव पर आधारित है।

रचना

अर्धचालक लेजरहरू र अन्य optoelectronic यन्त्रहरूमा प्रयोग भएको मानक जडान निम्नानुसार छन्:

• ग्यालियम आर्सेसेड;
• ग्यालियम फास्फाइड;
• ग्यालियम नाइट्राइड;
• ईण्डीम फास्फाइड;
• ईण्डीम गैलियम आर्सेसेड;
• एल्युमीनियम-गैलियम को एर्सेन्सेड;
• आर्सेसाइड-नाइट्राइड गैलियम-ईण्डीम;
• ग्यालियम-इन्डियम फास्फाइड।

गोलाकार

यी यौगिहरू सिधा-अर्ध अर्धचालकहरू हुन्। पर्याप्त शक्ति र क्षमतासँग अप्रत्यक्ष (सिलिकन) लाइट विकिरण गर्दैन। डाइओड लेजर को विकिरण तरंगदैर्ध्य एक विशेष यौगिक को टूटना क्षेत्र को ऊर्जा को लागि फोटोन ऊर्जा को निकटता को डिग्री मा निर्भर गर्दछ। अर्धचालकहरूको 3- र 4-घटक यौगिकहरू, असामान्य क्षेत्रको ऊर्जा एक विस्तृत दायरामा लगातार भिन्न हुन सक्छ। AlGaAs = Al _x Ga _{1-x को} रूपमा, उदाहरणको लागि, एल्युमिनियम सामग्रीमा वृद्धि (एक्समा वृद्धि) असुविधा क्षेत्रको वृद्धिमा परिणाम हुन्छ।

जबकि सबैभन्दा साधारण अर्धचालक लेजरहरू स्पेक्ट्रमको नजिक-आईआर भागमा सञ्चालन गर्छन्, केही रंगमा (ग्यालियम-इन्डियम फास्फाइड) रङमा नीलो वा बैजियम नाइट्राइड हुन्छ। औसत अवरक्त विकिरण अर्धचालक लेजरहरू (नेतृत्व सेलेनडे) र क्वांटम क्यास्केड लेजरहरूद्वारा उत्पादन गरिन्छ।

कार्बनिक अर्धचालकहरू

उपरोक्त अकार्बनिक यौगिकहरूको अलावा, जैविक प्रयोग पनि गर्न सकिन्छ। यस प्रविधि अझै पनि विकासको अधीन छ, तर यसको विकास वार्षिकोत्सव क्वांटम जेनरेटरहरूको उत्पादनको लागत कम गर्नका लागि। अबदेखि नै जैविक लेसेर्सहरू ओप्टिकल ऊर्जा आपूर्तिको साथमा विकसित भएको छ, र अत्यधिक प्रभावकारी विद्युत पम्पिङ प्राप्त भएको छैन।

किस्महरू

धेरै अर्धचालक लेजरहरू सिर्जना गरिएका छन्, मापदण्डहरू र अनुप्रयोग मानमा भिन्न हुन्छन्।

सानो लेजर डायोड अनुहार विकिरण को उच्च गुणस्तर बीम को उत्पादन गर्दछ, जसको शक्ति कई से पांच सौ मिलवाट्स तक होती है। लेजर डायोड क्रिस्टल एक पतली आयताकार प्लेट हो जो कि लहरगोइड को रूपमा काम गर्दछ, किनकी विकिरण एक सानो स्थान सम्म सीमित छ। क्रिस्टल ठूलो क्षेत्र pn जंक्शन निर्माण गर्न दुवै पक्षमा doped छ। पलिश गरिएको अन्त्यले ओप्टिकल फ्याबरी-पेरोट गुनासो सिर्जना गर्दछ। राजनैतिक माध्यमबाट पारित फोटोन, पुन: प्राप्तिको कारणले, विकिरण बढ्ने छ, र पीढी सुरु हुनेछ। तिनीहरू लेजर बिन्दुहरू, सीडी- र डीभिडी-खेलाडीहरू, साथै फाइबर-अप्ट कम्युनिकेशन्समा प्रयोग गरिन्छ।

छोटो दालहरू गठन गर्न बाह्य गुफाको साथ कम-पावर मोनोलिथिक लेसर्स र क्वांटम जेनरेटरहरू मोड समिकरण गर्न सक्छन्।

बाह्य गुंजाइशको साथ अर्धचालक लेजरहरू लेजर-डायोड समावेश गर्दछ, जसले ठूलो लेजर गुफाको रचनामा एम्पलीफायर माध्यमको भूमिका खेल्छ। तिनीहरू तरंगदैर्ध्य परिवर्तन गर्न र विकिरणको संकीर्ण ब्यान्डमा सक्षम हुन्छन्।

इंजेक्शन अर्धचालक लेजरहरु को एक विस्तृत बैंड को रूप मा विकिरण को एक क्षेत्र छ, उनि धेरै वाट को शक्ति संग एक कम गुणवत्ता वाला बीम उत्पन्न गर्न सक्छन्। तिनीहरू एक पतली सक्रिय तह समावेश छन् जो पी-एन एन-तहहरू बीचको छेउमा, दोहोरो हिज्जेकरण बनाउन। पार्श्व दिशामा लाइट कन्फिगरेसनको तंत्र अनुपस्थित छ, जुन उच्च बीम अण्डाकार र अपरिहार्य रूपमा उच्च सीमावर्ती धाराहरूमा परिणाम हुन्छ।

ब्रान्डब्यान्ड डायोडको सरणी सहित शक्तिशाली डायोड सर्ट्स, वाल्टी को शक्ति संग एक साधारण बीम उत्पादन गर्न सक्षम छन्।

डायोडको शक्तिशाली दुई-आयामी arrays शक्ति र हजारौं वाटमा शक्ति उत्पन्न गर्न सक्छ।

सतह-उत्सर्जन लेसर्स (VCSEL) लाई एक गुणात्मक बीम को हल्का धेरै मिलीवाट प्रतिपैन्डिकुलर प्लेट को प्लेट बनाइन्छ। विकिरण को सतह मा, गुंजाइश दर्पण विभिन्न अपवर्तक सूचकांक को लहर को एक चौथाई मा परतों को रूप मा राखिन्छ । एक एकल क्रिस्टल धेरै सय लेजर उत्पादन गर्न सक्छ, जसले आफ्नो ठूलो उत्पादनको संभावना खोल्छ।

VECSEL लेसर्स एक ओप्टिकल पावर सप्लाई र बाह्य गुंजाइशको साथ मोड सिङ्क्रोनाइजेसनको समयमा धेरै वाट को शक्ति संग एक राम्रो गुण बीम उत्पन्न गर्न सक्षम छन्।

क्वांटम-क्यास्केड प्रकार अर्धचालक लेजरको काम क्षेत्रहरूमा अन्तर्गत ट्राफिकेशनहरूमा आधारित छ (इन्टरब्यान्डका विपरीत)। यी यन्त्रहरू अवरक्त अवरक्त भागको बीचमा उत्सर्जन गर्दछ, कहिलेकाहीँ टेरार्टर्ट दायरामा। उदाहरणका लागि, ग्याँस विश्लेषकहरूको रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

अर्काचालक लेजरहरू: आवेदन र मुख्य पक्षहरू

उच्च दक्षता वाला विद्युत डायोड लेजर जो मध्यम वोल्टेज मा पम्पिंग को उच्च प्रदर्शन ठोस राज्य लेसरों को ऊर्जा को आपूर्ति को रूप मा प्रयोग गरिन्छ।

अर्काचालक लेजरहरूले विस्तृत फ्रिक्वेन्सी दायरामा काम गर्न सक्दछ, जुन स्पेक्ट्रमको देखिने अवरक्त र मध्य अवरक्त भाग समावेश गर्दछ। यन्त्रहरू सिर्जना गरिएका छन् जुन विस्फोटको आवृत्ति परिवर्तन गर्न पनि अनुमति दिन्छ।

लेजर डायोडले चाँडै ओप्टिकल पावरलाई स्विच गर्न र परिमार्जन गर्न सक्छ, जसले फाइबर-ओप्टिक संचार लाइनहरूको ट्रांसमिटरमा आवेदन पाउँछ।

यस्ता विशेषताहरूले सबैभन्दा टेक्निकल रूपमा महत्त्वपूर्ण प्रकारको क्वांटम जेनरेटरहरू अर्काचालक लेजरहरू बनाएका छन्। तिनीहरू लागू हुन्छन्:

• टेलिमेन्ट्री सेन्सरमा, pyrometers, अप्टिकल altimeters, दायरा पत्ता लगाउने, स्थलहरू, होलोग्राफ;
• ओप्टिकल ट्रांसमिशन र डेटा भण्डारणको ओप्टिकल फाइबर प्रणालीमा, सहज संचारको प्रणाली;
• लेजर प्रिन्टरहरूमा, भिडियो प्रोजेक्टर, पोष्टहरू, बार कोड स्क्यानरहरू, छवि स्क्यानरहरू, सीडी प्लेयरहरू (डीभिडी, सीडी, ब्लू-रे);
• सुरक्षा प्रणालीमा, क्वांटम क्रिप्टोग्राफी, स्वचालन, सूचकहरू;
• ओप्टिकल मैट्रोलोजी र स्पेक्ट्रोस्कोपी मा;
• सर्जरीमा, दन्त चिकित्सा, कस्मेटोलोजी, थेरेपी;
• जल उपचारका लागि, भौतिक प्रसोधन, ठोस राज्य लेसर्स पंप, रासायनिक प्रतिक्रिया नियन्त्रण, औद्योगिक क्रमबद्ध, औद्योगिक ईन्जिनियरिङ्, इग्निशन प्रणाली, वायु रक्षा प्रणाली।

पल्स आउटपुट

धेरै अर्धचालक लेजरहरूले निरन्तर बीम उत्पन्न गर्छन्। इलेक्ट्रनहरूको छोटो अवधिको कारण चालकताको स्तरमा रहन्छ, तिनीहरू क्यू-स्विचनको साथ दालहरू उत्पन्न गर्नको लागि धेरै उपयुक्त छैनन्, तर सञ्चालनको अर्ध-निरन्तर मोडले यसलाई क्वांटम जेनरेटरको शक्ति बढाउन सम्भव बनाउँछ। साथै, अर्धचालक लेजरहरू मोड सिंक्रनाइजेशन वा प्राप्त-स्विचनसँग अल्ट्रास्टार्ट दालहरू उत्पन्न गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। छोटो दालहरूको औसत शक्ति सामान्यतया धेरै मिलवाटटहरूमा सीमित छ, अप्टिकल पम्पिंगका साथ VECSEL लेजरहरू अपवादका साथ, जसको उत्पादन दस-वाट पिक्सेकोन्ड दालले दसौं gigahertz आवृत्तिको मापन गर्दछ।

परिमार्जन र स्थिरता

छोटो अवधिको विद्युत्को प्रसोधन चालुवाटमा रहन्छ, अर्धचालक लेजरहरूको उच्च आवृत्ति मोडुल्युसनको क्षमता हो, जुन VCSEL लेजरहरूमा 10 गीगा भन्दा माथि छ। यसले अप्टिकल डेटा ट्राफिक, स्पेक्ट्रोस्कोपी, र लेजरहरूको स्थिरीकरणमा आवेदन फेला पारेको छ।