ሴሚኮንዳክተር ሌዘር በሴሚኮንዳክተር አክቲቭ ሚዲያ ላይ የተመሰረቱ ኳንተም ጀነሬተሮች ናቸው በዚህ ጊዜ የጨረር ማጉላት በተቀሰቀሰ ልቀት የሚፈጠር የኳንተም ሽግግር በሃይል ደረጃዎች መካከል በከፍተኛ የፍጆታ አጓጓዦች በነፃ ዞን።
ሴሚኮንዳክተር ሌዘር፡የስራ መርህ
በተለመደው ሁኔታ፣ አብዛኛው ኤሌክትሮኖች የሚገኙት በቫለንሲ ደረጃ ነው። ፎቶኖች ከማቋረጡ ዞን ኃይል በላይ ኃይልን ሲያቀርቡ የሴሚኮንዳክተሩ ኤሌክትሮኖች ወደ መነቃቃት ሁኔታ ይመጣሉ እና የተከለከለውን ዞን በማሸነፍ ወደ ታችኛው ጫፉ ላይ በማተኮር ወደ ነፃ ዞን ያልፋሉ ። በተመሳሳይ ጊዜ በቫሌሽን ደረጃ ላይ የተሠሩት ቀዳዳዎች ወደ ላይኛው ወሰን ይወጣሉ. በነጻ ዞን ውስጥ ያሉ ኤሌክትሮኖች ከጉድጓዶች ጋር ይዋሃዳሉ, ከመቋረጥ ዞን ኃይል ጋር እኩል የሆነ ኃይልን በፎቶኖች መልክ ያበራሉ. በቂ የኢነርጂ ደረጃ ባላቸው ፎቶኖች አማካኝነት እንደገና ማዋሃድ ሊሻሻል ይችላል። የቁጥር መግለጫው ከ Fermi ስርጭት ተግባር ጋር ይዛመዳል።
መሣሪያ
ሴሚኮንዳክተር ሌዘር መሳሪያበኤሌክትሮኖች ኃይል እና በ p-n-junction ዞን ውስጥ ያሉ ቀዳዳዎች የተገጠመ የሌዘር ዳዮድ ነው - የሴሚኮንዳክተሮች ግንኙነት ከ p- እና n-type conductivity ጋር. በተጨማሪም ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ኦፕቲካል ሃይል አቅርቦት ያለው ሲሆን በውስጡም ጨረሩ የሚፈጠረው የብርሃን ፎቶኖችን በመምጠጥ እንዲሁም ኳንተም ካስኬድ ሌዘር ሲሆን አሰራራቸው በባንዶች ውስጥ በሚደረጉ ሽግግሮች ላይ የተመሰረተ ነው።
ቅንብር
በሁለቱም ሴሚኮንዳክተር ሌዘር እና ሌሎች ኦፕቶኤሌክትሮኒክ መሳሪያዎች ጥቅም ላይ የሚውሉ መደበኛ ግንኙነቶች እንደሚከተለው ናቸው፡
- ጋሊየም አርሴናይድ፤
- ጋሊየም ፎስፋይድ፤
- ጋሊየም ኒትሪድ፤
- ኢንዲየም ፎስፋይድ፤
- ኢንዲየም-ጋሊየም አርሴናይድ፤
- ጋሊየም አልሙኒየም አርሴናይድ፤
- ጋሊየም-ኢንዲየም አርሴናይድ ኒትሪድ፤
- ጋሊየም-ኢንዲየም ፎስፋይድ።
የሞገድ ርዝመት
እነዚህ ውህዶች ቀጥታ ክፍተት ሴሚኮንዳክተሮች ናቸው። ቀጥተኛ ያልሆነ ክፍተት (ሲሊኮን) ብርሃን በበቂ ጥንካሬ እና ቅልጥፍና አይወጣም. የ diode ሌዘር ጨረር የሞገድ ርዝመት የፎቶን ኃይል ወደ አንድ የተወሰነ ውህድ መቋረጥ ዞን ኃይል በመጠምዘዝ ላይ የተመሠረተ ነው። በ 3- እና 4-አካላት ሴሚኮንዳክተር ውህዶች ውስጥ, የማቋረጡ ዞን ኢነርጂ በሰፊው ክልል ውስጥ ያለማቋረጥ ሊለያይ ይችላል. ለአልጋአስ=አልxGa1-xእንደ፣ ለምሳሌ የአሉሚኒየም ይዘት መጨመር (የ x ጭማሪ) በ የተቋረጠ ዞን ጉልበት።
በጣም የተለመዱ ሴሚኮንዳክተር ሌዘርዎች በአቅራቢያው ኢንፍራሬድ ውስጥ ሲሰሩ አንዳንዶች ቀይ (ኢንዲየም ጋሊየም ፎስፋይድ)፣ ሰማያዊ ወይም ቫዮሌት (ጋሊየም ናይትራይድ) ቀለሞችን ያስወጣሉ።የመሃል ኢንፍራሬድ ጨረሮች የሚመረተው በሴሚኮንዳክተር ሌዘር (ሊድ ሴሊናይድ) እና በኳንተም ካስኬድ ሌዘር ነው።
ኦርጋኒክ ሴሚኮንዳክተሮች
ከላይ ከተጠቀሱት ኢንኦርጋኒክ ውህዶች በተጨማሪ ኦርጋኒክ የሆኑትን መጠቀም ይቻላል። ተጓዳኝ ቴክኖሎጂው አሁንም በመገንባት ላይ ነው, ነገር ግን እድገቱ የኳንተም ማመንጫዎችን የማምረት ወጪን በእጅጉ እንደሚቀንስ ቃል ገብቷል. እስካሁን ድረስ የኦፕቲካል ሃይል አቅርቦት ያለው ኦርጋኒክ ሌዘር ብቻ ነው የተሰራው እና በጣም ቀልጣፋ የኤሌትሪክ ፓምፕ ገና አልተሳካም።
ዝርያዎች
በርካታ ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ተፈጥረዋል፣በመለኪያዎች እና በተተገበረ እሴት ይለያያሉ።
ትናንሽ ሌዘር ዳዮዶች ከፍተኛ ጥራት ያለው የጠርዝ ጨረር ያመርታሉ፣ ኃይሉ ከበርካታ እስከ አምስት መቶ ሚሊዋት ይደርሳል። ጨረሩ በትንሽ ቦታ የተገደበ ስለሆነ የሌዘር ዲዮድ ክሪስታል ቀጭን አራት ማዕዘን ቅርጽ ያለው ሳህን እንደ ሞገድ መመሪያ ሆኖ ያገለግላል። የትልቅ ቦታ የ p-n መጋጠሚያ ለመፍጠር በሁለቱም በኩል ክሪስታል በዶፕ ይደረጋል. የተጣሩ ጫፎች የኦፕቲካል ፋብሪ-ፔሮ ድምጽ ማጉያ ይፈጥራሉ። በሪዞናተሩ ውስጥ የሚያልፍ ፎቶን እንደገና እንዲዋሃድ ያደርጋል፣ ጨረሩ ይጨምራል እናም መፈጠር ይጀምራል። በሌዘር ጠቋሚዎች፣ በሲዲ እና በዲቪዲ ማጫወቻዎች እና በፋይበር ኦፕቲክ ግንኙነቶች ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል።
አነስተኛ ኃይል ሞኖሊቲክ ሌዘር እና ኳንተም ጀነሬተሮች አጫጭር የልብ ምትን ለመፍጠር ውጫዊ ሬዞናተር ያላቸው ሁነታ መቆለፍን ይፈጥራሉ።
ሌዘርሴሚኮንዳክተር ከውጫዊ ሬዞናተር ጋር የሌዘር ዳዮድ ያቀፈ ሲሆን ይህም በትልቅ የሌዘር ሬዞናተር ስብጥር ውስጥ የማጉላት መካከለኛ ሚና ይጫወታል። የሞገድ ርዝመቶችን ለመለወጥ እና ጠባብ ልቀት ባንድ አላቸው።
መርፌ ሴሚኮንዳክተር ሌዘር በሰፊ ባንድ መልክ የሚለቀቅ ክልል አላቸው፣ ብዙ ዋት ኃይል ያለው ዝቅተኛ ጥራት ያለው ጨረር ማመንጨት ይችላል። እነሱ በ p- እና n-layer መካከል የሚገኝ ቀጭን ንቁ ንብርብር ያካተቱ ናቸው, ድርብ heterojunction ይመሰርታሉ. ብርሃን በጎን አቅጣጫ የሚይዝበት ምንም አይነት ዘዴ የለም፣ይህም ከፍተኛ የጨረር ሞገድ እና ተቀባይነት የሌለው ከፍተኛ የጣራ ጅረቶችን ያስከትላል።
ኃይለኛ ዳዮድ አሞሌዎች፣የተደራጁ የብሮድባንድ ዳዮዶችን ያቀፉ፣በአስር ዋት ኃይል ያለው መካከለኛ ጥራት ያለው ጨረር ማመንጨት ይችላሉ።
ኃይለኛ ባለ ሁለት ዳይሜንሽን ድርድር በመቶዎች እና በሺዎች በሚቆጠሩ ዋት ኃይል ማመንጨት ይችላል።
Surface emitting lasers (VCSELs) ከፍተኛ ጥራት ያለው የብርሃን ጨረር በጠፍጣፋው አቅጣጫ በርካታ ሚሊዋት ኃይል ያመነጫሉ። ሬዞናተር መስተዋቶች በጨረር ወለል ላይ ¼ የሞገድ ርዝማኔ በተለያየ የማጣቀሻ ኢንዴክሶች መልክ ይተገበራሉ። በአንድ ቺፕ ላይ ብዙ መቶ ሌዘር ሊሰራ ይችላል፣ይህም የጅምላ ምርት እድልን ይከፍታል።
VECSEL ሌዘር በኦፕቲካል ሃይል አቅርቦት እና ውጫዊ ሬዞናተር ብዙ ዋት ባለው ሞድ በመቆለፍ ጥሩ ጥራት ያለው ጨረር ማመንጨት ይችላሉ።
የሴሚኮንዳክተር ሌዘር ኳንተም አሠራር-የካስኬድ አይነት በዞኖች ውስጥ ባሉ ሽግግሮች ላይ የተመሰረተ ነው (ከኢንተርዞኖች በተቃራኒ)። እነዚህ መሳሪያዎች በመካከለኛው ኢንፍራሬድ ክልል ውስጥ አንዳንዴም በቴራሄትዝ ክልል ውስጥ ይለቃሉ. ለምሳሌ እንደ ጋዝ ተንታኞች ጥቅም ላይ ይውላሉ።
ሴሚኮንዳክተር ሌዘር፡ አተገባበር እና ዋና ገፅታዎች
ኃይለኛ ዳዮድ ሌዘር ከፍተኛ ቅልጥፍና ያለው ኤሌክትሪካዊ ፓምፕ በመጠነኛ የቮልቴጅ መጠን ከፍተኛ ብቃት ያላቸውን ጠንካራ-ግዛት ሌዘርን ለማንቀሳቀስ ያገለግላል።
ሴሚኮንዳክተር ሌዘር በሰፊ የፍሪኩዌንሲ ክልል ውስጥ ሊሰራ ይችላል፣ይህም የሚታዩ፣የኢንፍራሬድ ቅርብ እና መካከለኛ የኢንፍራሬድ ክፍሎችን ያካትታል። የልቀቱን ድግግሞሽ እንድትቀይሩ የሚያስችልዎ መሳሪያዎች ተፈጥረዋል።
ሌዘር ዳዮዶች የኦፕቲካል ሃይልን በፍጥነት መቀየር እና ማስተካከል ይችላሉ ይህም በፋይበር ኦፕቲክ አስተላላፊዎች ውስጥ መተግበሪያን ያገኛል።
እንደዚህ አይነት ባህሪያት ሴሚኮንዳክተር ሌዘርን በቴክኖሎጂ በጣም አስፈላጊ የኳንተም ማመንጫዎች አድርገውታል። ተግባራዊ ይሆናሉ፡
- በቴሌሜትሪ ዳሳሾች፣ ፒሮሜትሮች፣ ኦፕቲካል አልቲሜትሮች፣ ሬንጅ ፈላጊዎች፣ እይታዎች፣ ሆሎግራፊ፤
- በፋይበር ኦፕቲክ ሲስተም ኦፕቲካል ማስተላለፊያ እና ዳታ ማከማቻ፣ ወጥነት ያለው የግንኙነት ስርዓቶች፤
- በሌዘር አታሚዎች፣ የቪዲዮ ፕሮጀክተሮች፣ ጠቋሚዎች፣ ባርኮድ ስካነሮች፣ የምስል ስካነሮች፣ ሲዲ ማጫወቻዎች (ዲቪዲ፣ ሲዲ፣ ብሉ ሬይ)፤
- በደህንነት ሲስተሞች፣ ኳንተም ክሪፕቶግራፊ፣ አውቶሜሽን፣ አመልካቾች፤
- በኦፕቲካል ሜትሮሎጂ እና ስፔክትሮስኮፒ፤
- በቀዶ ጥገና፣ የጥርስ ህክምና፣ ኮስመቶሎጂ፣ ቴራፒ፤
- የውሃ ህክምና፣የቁሳቁስ ማቀነባበር፣ ድፍን-ግዛት ሌዘር ፓምፕ፣ ኬሚካላዊ ምላሽ ቁጥጥር፣ የኢንዱስትሪ መደርደር፣ የኢንዱስትሪ ምህንድስና፣ የማብራት ስርዓቶች፣ የአየር መከላከያ ዘዴዎች።
የልብ ውፅዓት
አብዛኞቹ ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ተከታታይ ጨረር ያመነጫሉ። በኤሌክትሮኖች የመተላለፊያ ደረጃ ላይ ባለው የአጭር ጊዜ የመኖሪያ ጊዜ ምክንያት, Q-Switched pulsesን ለማምረት በጣም ተስማሚ አይደሉም, ነገር ግን የኳስ-ቀጣይ አሠራር የኳንተም ጄነሬተር ኃይልን በከፍተኛ ሁኔታ ለመጨመር ያስችላል. በተጨማሪም ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ሞድ በመቆለፍ ወይም በመቀያየር የ ultrashort pulsesን ለመፍጠር ሊያገለግል ይችላል። የአጭር ጥራዞች አማካኝ ሃይል በአብዛኛው በጥቂት ሚሊዋት የተገደበ ነው፣ በኦፕቲካል ፓምፕ ከተሰራው VECSEL lasers በስተቀር፣ ውጤታቸው የሚለካው በብዙ ዋት ፒኮሴኮንድ ጥራዞች በአስር ጊሄርትዝ ድግግሞሽ ነው።
ማስተካከል እና ማረጋጊያ
የኤሌክትሮን አጭር ቆይታ በኮንዳክሽን ባንድ ውስጥ ያለው ጠቀሜታ ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ወደ ከፍተኛ ድግግሞሽ ሞዲዩሽን ያለው አቅም ሲሆን ይህም ለVCSEL ሌዘር ከ10 ጊኸ ይበልጣል። በኦፕቲካል ዳታ ማስተላለፊያ፣ ስፔክትሮስኮፒ፣ ሌዘር ማረጋጊያ ላይ አፕሊኬሽኑን አግኝቷል።
