Struktur af diode / halvlederlasere
Efter at have læst denne artikel vil du lære om strukturen af diode / halvlederlasere. Lær også om dets driftsprincip.
Disse lasere tilhører dog kategorien af solid state lasere, men de adskiller sig væsentligt i detaljerne fra driften fra andre solid state lasere som rubin og Nd: YAG lasere, så betragtes som en separat type.
En halvlederlaser er stort set en pin-diode. En stiftforbindelse dannes ved at bringe en p-type og en n-type halvledere i kontakt med hinanden med et iboende aktivt lag mellem dem. Når en elektrisk strøm passerer gennem en sådan anordning, kommer laserlys frem fra forbindelsesområdet. Effektudgangen er begrænset, men de lave omkostninger, lille størrelse og relativt høj effektivitet gør disse lasere velegnede til en lang række anvendelser.
Disse lasere er ens i konstruktion til en transistor eller en halvlederdiode. Den konventionelle halvlederlaser, der anvender gallium, arsen og aluminium, udsender sædvanligvis infrarøde impulser med en bølgelængde på 0, 8 til 0, 9 μm med effekten af rækkefølgen af watt. Forskning med nye materialer, for eksempel indium og fosfor, har resulteret i laserstråle med længere bølgelængder på 1, 1 til 1, 6 μm, hvilket øger effektiviteten af lysoverførslen i optiske fibre.
Den seneste forskning inden for halvlederlasere har resulteret i udvikling af laserstråle med kortere bølgelængder som synlig, især fra rødområde i spektret. Figur 14.43 viser det grundlæggende koncept for en opsætning for en halvleder eller diode laser.
Siden sin opfindelse i 1962 er halvlederlaseren kommet langt, men i et langsomt tempo. Denne langsommelige udvikling på dette område kan skyldes manglende tilgængelighed af teknikker til fremstilling af halvledermaterialerne af ønsket renhed og mangel på solid state-elektronik.
Den seneste vækst i denne arkivering er imidlertid meget lovende, og halvlederlasere forventes at erstatte de konventionelle solid state- og gaslasere. Dette skyldes, at de giver mange unikke fordele, fx kompakt størrelse, høj effektivitet (op til 20%), bølgelængde-evne, lavt strømforbrug, muligheden for direkte udgangsmodulation og kompatibilitet med masseproduktion.
Driftsprincip:
Halvlederlaseren er et to-niveau lasersystem. Den øvre laser tilstand er ledningsbåndet, og den nedre tilstand er valancebåndet. Laserstrålen udsendes fra halvlederens båndafstand. For lasing handling til at begynde er det nødvendigt at have tilstrækkelig gevinst gennem en befolkningsinversion mellem valance og lednings mærker. En sådan inversion kan skabes ved ekstern pumpning af lasere, elektronstråler eller flashlamper; men i de fleste af de kommercielt tilgængelige halvlederlasere påvirkes dette af intern pumpe, dvs. ved elektrisk pumpning ved hjælp af et PN-kryds.
Der er mange design af halvlederlasere. Nogle af de mere vigtige er følgende:
1. Distributed Feedback (DFB) Lasere.
2. Coupled-Cavity Lasers.
3. Quantum-Well Lasers.
4. Overfladeemitterende lasere.
5. Infrarød og Synlig stråle Lasere.
Strukturelt forskellige typer er som følger:
(i) bred-område lasere,
(ii) Gain-guidede lasere,
(iii) Ugentlige indeksstyrede lasere,
(a) Ridge Wave Guided Lasers,
(b) Rib Wave Guided Lasers,
(iv) stærkt indeksstyrede lasere.
Effektudgang fra halvleder / diodlasere varierer fra 1 mW til enkeltlasere til 0, 5 W for faselåste arrays af dioder bygget i et fælles substrat. Effektiviteten kan være så høj som 20% for diode lasere. Disse lasere kan betjenes både i kontinuerlig bølge (CW) eller pulserende bølge (PW) -tilstand ved høje gentagelseshastigheder.
