• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Laser półprzewodnikowy



    Podstrony: 1 [2] [3] [4]
    Przeczytaj także...
    DVD (Digital Video Disc lub Digital Versatile Disc) – rozpowszechniony w roku 1995 standard zapisu danych na optycznym nośniku danych, podobnym do CD-ROM (te same wymiary: 12 lub 8 cm) lecz o większej pojemności uzyskanej dzięki zwiększeniu gęstości zapisu.Niebieski laser półprzewodnikowy – potoczna nazwa diody laserowej zbudowanej na bazie azotku galu (GaN). Nazwa pochodzi od koloru światła, które emituje dioda. Nazwa ta jest zresztą w znacznym stopniu myląca ze względu na to, że najbardziej typowa konstrukcja tego lasera emituje światło o długość fali 405 nm. Oko ludzkie widzi takie światło jako fioletowe.
    Laser półprzewodnikowy w obudowie przy monecie jednocentowej

    Laser półprzewodnikowy – nazywany również laserem diodowym lub diodą laserową - laser, którego obszarem czynnym jest półprzewodnik. Najczęściej laser półprzewodnikowy ma postać złącza p-n w którym obszar czynny jest pompowany przez przepływający przez złącze prąd elektryczny. Są to najbardziej perspektywiczne lasery z punktu widzenia ich zastosowań w fotonice ze względu na małe wymiary, dość wysokie moce, łatwość modulacji prądem sterującym o wysokiej częstotliwości (rzędu gigaherców) i możliwość uzyskania promieniowania od pasma bliskiej podczerwieni (diody laserowe dla telekomunikacji światłowodowej) do skraju fioletowego pasma widzialnego.

    Kriogenika (gr. krios – zimno, genos – ród) – dziedzina nauki (fizyki i techniki) zajmująca się badaniem i wykorzystaniem właściwości ciał w niskich temperaturach, uzyskiwaniem i mierzeniem niskich temperatur. Temperatury te nie są ściśle zdefiniowane, zwykle przyjmuje się jako graniczne temperatury niższe od −150 °C (123 K).Półprzewodniki − najczęściej substancje krystaliczne, których konduktywność (przewodnictwo właściwe) może być zmieniana w szerokim zakresie (np. 10 do 10 S/cm) poprzez domieszkowanie, ogrzewanie, oświetlenie bądź inne czynniki. Przewodnictwo typowego półprzewodnika plasuje się między przewodnictwem metali i dielektryków.

    Spis treści

  • 1 Budowa i zasada działania
  • 2 Obszary czynne laserów półprzewodnikowych
  • 3 Rodzaje laserów półprzewodnikowych
  • 4 Historia
  • 5 Zastosowania
  • 6 Bibliografia
  • 7 Przypisy
  • Budowa i zasada działania[]

    Model 3D lasera półprzewodnikowego stosowanego w napędach dysków optycznych

    Laser ten jest wielowarstwową strukturą półprzewodników typu n (nadmiar elektronów w paśmie przewodnictwa) i p (więcej dziur w paśmie walencyjnym). Przejście elektronu do pasma przewodzenia na skutek zasilania prądem (pompowanie) połączone jest z odwrotnym procesem spontanicznym, zwanym rekombinacją promienistą. Proces ten prowadzi do uwolnienia fotonu. Przy dostatecznie dużym prądzie może zajść inwersja obsadzeń, pozwalająca wywołać akcję laserową. Zewnętrzne ścianki falowodu tworzą rezonatory Fabry’ego-Perota.

    Stany Zjednoczone, Stany Zjednoczone Ameryki (ang. United States, US, United States of America, USA) – federacyjne państwo w Ameryce Północnej graniczące z Kanadą od północy, Meksykiem od południa, Oceanem Spokojnym od zachodu, Oceanem Arktycznym od północnego zachodu i Oceanem Atlantyckim od wschodu.Laser helowo-neonowy (He-Ne) - laser gazowy o działaniu ciągłym. Substancją roboczą wewnątrz rury próżniowej jest mieszanina neonu pod ciśnieniem parcjalnym 0,1 mm Hg i helu pod ciśnieniem parcjalnym 1 mm Hg.

    Warstwa falowodowa ma grubość rzędu 2 μm, co ułatwia uzyskanie inwersji obsadzeń przy małym prądzie, a jej szerokość wynosi 10 μm. W związku z dyfrakcją, rezultatem takiej budowy warstwy czynnej są duże kąty rozbieżności wiązki, różne w obydwu przekrojach (rzędu 30° odpowiadający grubości 2 μm i ponad 5° dla szerokości 10 μm). W celu zmniejszenia asymetrii wiązki stosuje się dodatkowe układy optyczne (pryzmatyczne lub cylindryczne) mające różne powiększenia w tych przekrojach. Do wad tych laserów należy zaliczyć szersze widmo promieniowania w porównaniu np. z laserem He-Ne i silny wpływ zmiany temperatury na moc wiązki i długość generowanej fali. Wady te można wyeliminować (a co najmniej, istotnie ograniczyć) stosując odpowiednio rozbudowany układ zasilający z ujemnym sprzężeniem zwrotnym. Obecnie większość produkowanych diod laserowych powszechnego zastosowania posiada wbudowaną fotodiodę, która pozwala na pomiar natężenia emitowanego światła. Układ zasilający ma postać sterowanego źródła prądowego, które dostarcza diodzie laserowej prąd o wielkości zależnej od prądu płynącego przez fotodiodę. Ujemne sprzężenie zwrotne sprawia, że im więcej światła emituje laser, tym słabszym prądem jest on zasilany.

    Światłość (natężenie źródła światła) w fotometrii – wielkość charakteryzująca wizualną jasność źródła światła. Światłość jest podstawową wielkością w fotometrii wizualnej. Jednostką światłości jest kandela, która należy do jednostek podstawowych układu jednostek SI.Herbert Kroemer, właśc. Herbert Krömer (ur. 25 sierpnia 1928 w Weimarze w Niemczech) – niemiecki fizyk i laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki. Obecnie profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego (University of California) w Santa Barbara w Stanach Zjednoczonych.

    W fotonice do budowy struktur informatycznych wykorzystuje się również macierze laserów umieszczonych na wspólnym podłożu. Średnice pojedynczych laserów mogą być rzędu kilku mikrometrów. Każdy z laserów może być niezależnie sterowany elektronicznie, stąd macierz laserów tworzy razem powierzchniową strukturę niemal punktowych źródeł promieniowania.

    Homozłącze to złącze p-n, które powstaje w strukturze jednego półprzewodnika (np. krzemu, germanu) rozgraniczając obszar typu p, domieszkowany akceptorami, od obszaru typu n, domieszkowanego donorami. Światłowód – przezroczysta struktura (włóknista, warstwowa lub paskowa), w której odbywa się propagacja światła.

    Zjawisko elektroluminescencji w złączu półprzewodnikowym p-n zostało po raz pierwszy zaobserwowane w roku 1952 roku przez naukowców Haynesa i Briggsa. Prace które prowadzili miały na celu zbadanie właściwości luminescencyjne złącza, przez które płynie bardzo duży prąd w kierunku przewodzenia. W roku 1958 Aigrain zauważył, że świecenie rekombinacyjne elektronów i dziur wstrzykiwanych poprzez pasmo zabronione może służyć do otrzymania inwersji obsadzeń. W latach 1960-62 rozgorzała dyskusja nad wykorzystaniem tego świecenia do budowy lasera półprzewodnikowego, która zakończyła się w niedługim czasie zbudowaniem złącza półprzewodnikowego typu p-n z arsenku galu (GaAs) o bardzo dużej wydajności elektroluminescencyjnej.

    Dyfrakcja (ugięcie fali) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla przeszkód, które mają dowolną wielkość, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali.Sprzężenie zwrotne (ang. feedback) – oddziaływanie sygnałów stanu końcowego (wyjściowego) procesu (systemu, układu), na jego sygnały referencyjne (wejściowe). Polega na otrzymywaniu przez układ informacji o własnym działaniu (o wartości wyjściowej). Ponieważ matematycznym, jednoznacznym opisem bloku gałęzi zwrotnej jest transmitancja to informacja ta może być modyfikowana przez transmitancję bloku gałęzi zwrotnej.

    Lasery półprzewodnikowe są źródłami promieniowania spójnego, w których funkcję ośrodka czynnego pełni półprzewodnik. Można je podzielić na dwie grupy:

    1. półprzewodnikowe lasery złączowe ( diodowe)
    2. półprzewodnikowe lasery bezzłączowe- wykonane z jednorodnego materiału.

    W półprzewodnikowym laserze złączowym proces emisji promieniowania jest zlokalizowany w obszarze przylegającym do złącza diody półprzewodnikowej. Aby nastąpiła akcja laserowa, podobnie jak w innych laserach muszą nastąpić odpowiednie warunki, wynikające przede wszystkim ze struktury poziomów energetycznych. W półprzewodnikach rozpatruje się stany energetyczne półprzewodnika jako całości, a nie poziomy poszczególnych atomów. Inwersja obsadzeń odbywa się nie w całej objętości ośrodka czynnego, ale w ścisłym otoczeniu złącza.

    Fotonika to interdyscyplinarna dziedzina nauki i techniki, łącząca dokonania optyki, elektroniki i informatyki w celu opracowywania technik i urządzeń wykorzystujących promieniowanie elektromagnetyczne (oprócz radiowego) do przenoszenia i przetwarzania informacji.Blu-ray Disc (BD) – format zapisu optycznego, opracowany przez Blu-ray Disc Association (BDA). Następca formatu DVD, od którego odróżnia się większą pojemnością płyt, co jest możliwe dzięki zastosowaniu niebieskiego lasera. Konkurencyjny dla HD DVD.

    Dioda elektroluminescencyjna daje szerokie widmo emisji, głównie zależne od intensywności z jaką są wstrzykiwane nośniki, czyli inaczej mówiąc od natężenia prądu jaki przez nią płynie. Rekombinacji elektronów i dziur towarzyszy emisja fotonów, jak już wcześniej było powiedziane, ale ta emisja jest emisją spontaniczną, wielokierunkową, przez co większość fotonów szybko opuszcza obszar czynny, lecz niektóre z nich zderzają się ze wzbudzonymi elektronami powodując przejście emisyjne wymuszone. W pewnych warunkach może nastąpić sytuacja kiedy wytwarzane fotony wymuszą emisję fotonów liczniejszych niż te które będą pochłaniane, w takiej sytuacji nastąpi wzmocnienie promieniowania. Aby akcja laserowa nastąpiła musi występować jeszcze urządzenie, które będzie wypromieniowane fotony scalało w jedną spójną wiązkę zwaną promieniem laserowym, to urządzenie nosi nazwę rezonatora optycznego. W celu stworzenia rezonatora optycznego należy ukształtować złącze diody możliwie płaskie, a z obu jego przeciwległych stron umieścić prostopadłe do płaszczyzny złącza i równoległe do siebie powierzchnie odbijające. Jedno ze zwierciadeł musi być częściowo przepuszczalne, zwierciadło takie nazywane jest promiennikiem światła laserowego. Aby zapobiec możliwości wzbudzenia się akcji laserowej w kierunku poprzecznym, boczne powierzchnie rezonatora powinny być matowe i nieznacznie odchylone od wzajemnej równoległości. W celu osiągnięcia akcji laserowej przez diodę luminescencyjną musi płynąć odpowiednio duży prąd, prąd progowy. Jeśli natężenie prądu jest mniejsze, rekombinacja elektronów i dziur nie powoduje akcji laserowej, a dioda emituje światło niespójne.

    Kropka kwantowa – niewielki obszar przestrzeni ograniczony w trzech wymiarach barierami potencjału, nazywany tak, gdy wewnątrz uwięziona jest cząstka o długości fali porównywalnej z rozmiarami kropki. Oznacza to, że opis zachowania cząstki musi być przeprowadzony z użyciem mechaniki kwantowej.Kwantowy laser kaskadowy (ang. quantum cascade laser, QCL) — rodzaj unipolarnego lasera półprzewodnikowego, emitującego promieniowanie w zakresie od średniej do dalekiej podczerwieni.


    Podstrony: 1 [2] [3] [4]



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Żores Iwanowicz Ałfiorow, ros. Жорес Иванович Алфёров (ur. 15 marca 1930 w Witebsku) – rosyjski fizyk, laureat Nagrody Nobla 2000, członek zagraniczny PAN.
    Dioda elektroluminescencyjna, dioda świecąca (ang. light-emitting diode, LED) – dioda zaliczana do półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego, podczerwieni i ultrafioletu.
    Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN (IPPT PAN) – instytut naukowy Polskiej Akademii Nauk, który prowadzi badania podstawowe i aplikacyjne oraz kształci kadry naukowe w dziedzinach takich jak: mechanika, inżynieria materiałowa, budowa i eksploatacja maszyn, elektronika (w tym akustyka), informatyka, budownictwo i mechanika konstrukcji. Instytut mieści się w Warszawie przy ul. Pawińskiego 5B (dawniej ul. Świętokrzyskiej 21).
    Heterozłącze - złącze wytworzone z dwóch typów materiałów o różnej wartości przerwy energetycznej po obu stronach złącza. Szeroko wykorzystywane w laserach półprzewodnikowych (diody laserowe).
    Płyta kompaktowa (ang. Compact Disc, CD-ROM – Compact Disc – Read Only Memory) — poliwęglanowy krążek z zakodowaną cyfrowo informacją do bezkontaktowego odczytu światłem lasera optycznego. Zaprojektowany w celu nagrywania i przechowywania dźwięku, przy użyciu kodowania PCM, który dzisiaj jest tylko jednym ze standardów cyfrowego zapisu dźwięku. Taką płytę nazywa się CD-Audio. Dzięki dużej jak na swoje czasy pojemności, niezawodności i niskiej cenie, dysk kompaktowy stał się popularnym medium do zapisywania danych.
    Bohdan Waldemar Mroziewicz (ur. 6 września 1933 w Piastowie) — profesor elektroniki w specjalności optoelektronika, twórca pierwszej polskiej diody LED oraz pierwszego polskiego lasera półprzewodnikowego, członek korespondent Towarzystwa Naukowego Warszawskiego. Pełni funkcję członka prezydium Komitetu Elektroniki i Telekomunikacji PAN. Obecnie pracuje w Instytucie Technologii Elektronowej.
    Drut kwantowy - jednowymiarowa struktura, w której ruch elektronów jest ograniczony w kierunkach poprzecznych, i pozbawiony ograniczeń w kierunku podłużnym. Ograniczeniem tym są najczęściej bardzo niewielkie rozmiary poprzeczne drutu. Taka struktura charakteryzuje się tym, że energie elektronów związane z ruchem poprzecznym są skwantowane, natomiast ruch elektronów w kierunku podłużnym odbywa się tak jak w krysztale masywnym (w szczególnym przypadku jest to ruch swobodnych nośników). To z kolei powoduje, że opór przewodnika i jego przewodność są skwantowane (formuła Landauera).

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.043 sek.