반도체 레이저는 양자입니다자유 구역에서 고농도의 전하 캐리어에서 에너지 레벨 사이의 양자 전이 동안 자극 방출에 의해 광 증폭이 발생되는 반도체 활성 매체에 기초한 발전기.
정상 상태에서 대부분의 전자원자가 수준에 있습니다. 광자가 불연속 구역의 에너지를 초과하는 에너지를 공급할 때, 반도체 전자는 여기 상태로 들어가고, 금지 구역을 극복 한 후 자유 구역으로 통과하여 그 하부 가장자리에 집중된다. 동시에, 원자가 수준에서 형성된 구멍은 그 상부 경계까지 상승합니다. 자유 구역의 전자는 구멍과 재결합하여 불연속 구역의 에너지와 동일한 에너지를 광자 형태로 방출합니다. 충분한 에너지 수준의 광자에 의해 재조합이 향상 될 수있다. 숫자 설명은 Fermi 분포 함수에 해당합니다.
반도체 레이저 장치는이것은 반도체가 p 형 및 n 형 전도성과 접촉하는 pn 접합 영역의 전자 및 정공 에너지에 의해 펌핑되는 레이저 다이오드입니다. 또한, 광 에너지가 공급되는 반도체 레이저가 있으며, 여기에는 광 광자가 흡수 될 때 빔이 형성되며, 양자 캐스케이드 레이저는 그 동작이 대역 내부의 전이에 기반합니다.
반도체 레이저 및 기타 광전자 장치에 사용되는 표준 화합물은 다음과 같습니다.
이들 화합물은 직접 갭 반도체이다.간접 (실리콘) 광은 충분한 강도와 효율로 방출되지 않습니다. 다이오드 레이저의 방사선 파장은 특정 화합물의 파열 구역의 에너지에 대한 광자 에너지의 근사 정도에 의존한다. 3- 성분 및 4- 성분 반도체 화합물에서, 파열 구역의 에너지는 넓은 범위에 걸쳐 지속적으로 변할 수있다. AlGaAs = Al~와 함께하아1 x예를 들어, 알루미늄 함량의 증가 (x의 증가)는 파열 영역의 에너지의 증가를 초래한다.
가장 일반적인 동안반도체 레이저는 스펙트럼의 근적외선 부분에서 작동하며 일부는 적색 (갈륨-인듐 포스 파이드), 청색 또는 보라색 (갈륨 질화물) 색상을 방출합니다. 반도체 레이저 (lead selenide) 및 양자 캐스케이드 레이저는 중간 적외선을 생성합니다.
상기 무기 화합물 이외에도유기도 사용될 수있다. 해당 기술은 아직 개발 중이지만 양자 발전 기의 생산 비용을 크게 절감 할 수있는 기술이 개발되고 있습니다. 지금까지 광학 에너지 공급이 가능한 유기 레이저는 개발되었으며 고성능 전기 펌핑은 아직 달성되지 않았습니다.
매개 변수와 적용 값이 다른 많은 반도체 레이저가 만들어졌습니다.
소형 레이저 다이오드로 고품질 제작끝 방사선 빔, 그 힘은 수백에서 수백 밀리 와트에 이릅니다. 레이저 다이오드의 결정은 직사각형의 얇은 판이며, 방사선은 작은 공간으로 제한되기 때문에 도파관으로 사용됩니다. 크리스탈은 양쪽에 도핑되어 넓은 면적의 pn 접합을 만듭니다. 폴리싱 처리 된 엔드는 Fabry-Perot 광학 공진기를 만듭니다. 공진기를 통과하는 광자는 재결합을 일으키고 방사선은 증가하며 생성이 시작됩니다. 레이저 포인터, CD 및 DVD 플레이어 및 광섬유 통신에 사용됩니다.
짧은 펄스 생성을위한 외부 공진기가있는 저전력 모 놀리 식 레이저 및 양자 발생기는 모드 잠금을 생성 할 수 있습니다.
외부 공진기가있는 반도체 레이저더 큰 레이저 공동의 일부로서 증폭 매체의 역할을하는 레이저 다이오드로 구성된다. 파장을 변경하고 좁은 방출 대역을 가질 수 있습니다.
사출 반도체 레이저는광대역 형태의 방출 영역은 수 와트의 전력으로 저품질 빔을 생성 할 수있다. 이들은 p- 층과 n- 층 사이에 위치한 얇은 활성층으로 구성되어 이중 이종 접합을 형성한다. 측면 광 유지 메커니즘이 없으므로 높은 빔 타원도 및 허용 할 수 없을 정도로 높은 임계 전류가 발생합니다.
광대역 다이오드 어레이로 구성된 강력한 다이오드 어레이는 수십 와트의 전력으로 평범한 품질의 빔을 생성 할 수 있습니다.
강력한 2 차원 다이오드 어레이는 수백 및 수천 와트의 전력을 생성 할 수 있습니다.
VCSEL (표면 방출 레이저) 방출플레이트에 수직 인 수 밀리 와트의 출력을 가진 고품질 광선. 방사선 표면에서, 공진기 거울은 상이한 굴절률을 갖는 ины 파장의 층 형태로 적용된다. 단결정으로 수백 개의 레이저를 만들 수있어 대량 생산이 가능합니다.
광학 에너지 입력과 외부 공진기가있는 VECSEL 레이저는 모드 동기화 중에 몇 와트의 전력으로 양질의 빔을 생성 할 수 있습니다.
반도체 레이저퀀텀 캐스케이드 유형은 영역 간 전환 (인터 밴드가 아닌)을 기반으로합니다. 이러한 장치는 스펙트럼의 적외선 부분의 중간 영역에서, 때로는 테라 헤르츠 범위에서 방출됩니다. 예를 들어 가스 분석기로 사용됩니다.
고전압 고체 레이저에 에너지를 공급하기위한 수단으로 중간 전압에서 고효율 전기 펌핑 기능을 갖춘 강력한 다이오드 레이저가 사용됩니다.
반도체 레이저는 크게 작동 할 수 있습니다주파수 범위-가시 광선, 근적외선 및 중간 적외선 부분을 포함합니다. 페이딩 빈도를 변경할 수있는 장치를 만들었습니다.
레이저 다이오드는 광섬유 통신 회선의 송신기에 사용되는 광 전력을 신속하게 전환 및 변조 할 수 있습니다.
이러한 특성으로 인해 반도체 레이저는 기술적으로 가장 중요한 유형의 양자 발생기입니다. 그들은 적용합니다 :
대부분의 반도체 레이저는연속 빔. 전도 수준에서 전자의 체류 시간이 짧기 때문에 Q- 스위칭으로 펄스를 생성하는 데 적합하지 않지만 준 연속 작동 모드는 양자 발생기의 전력을 크게 증가시킬 수 있습니다. 또한 반도체 레이저를 사용하여 모드 잠금 또는 게인 전환으로 초단파를 생성 할 수 있습니다. 짧은 펄스의 평균 출력은 원칙적으로 수 기가 와트로 제한되며, 광학 펌핑 기능이있는 VECSEL 레이저를 제외하고 출력은 수십 기가 헤르츠의 주파수를 갖는 다중 와트 피코 초 펄스로 측정됩니다.
단기 체류의 장점전도 대역의 전자는 반도체 레이저가 고주파 변조에 대한 능력으로 VCSEL 레이저의 경우 10GHz를 초과합니다. 이것은 광학 데이터 전송, 분광법, 레이저 안정화에서 응용을 발견했습니다.
