Ποια είναι η αρχή του λέιζερ ημιαγωγών;
1. Υλικό ημιαγωγού:
* Ο πυρήνας ενός λέιζερ ημιαγωγού είναι ένα υλικό ημιαγωγού, συνήθως μια ένωση όπως το αρσενίδιο γαλλίου (GAAS) ή το φωσφίδιο ινδίου (INP).
* Αυτά τα υλικά έχουν μια μοναδική δομή ζώνης όπου τα ηλεκτρόνια μπορούν να υπάρχουν σε δύο επίπεδα ενέργειας:τη ζώνη σθένους (χαμηλότερη ενέργεια) και τη ζώνη αγωγιμότητας (υψηλότερη ενέργεια).
2. Άντληση:
* Για να δημιουργήσετε φως λέιζερ, τα ηλεκτρόνια πρέπει να είναι ενθουσιασμένοι με τη ζώνη αγωγιμότητας. Αυτό επιτυγχάνεται με άντληση Το υλικό ημιαγωγού με ενέργεια.
* Η άντληση μπορεί να γίνει με διάφορες μεθόδους:
* Ηλεκτρική άντληση: Εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος στο υλικό ημιαγωγού.
* Οπτική άντληση: Φωτίζοντας το υλικό με φως υψηλότερης ενέργειας.
3. Αναστροφή πληθυσμού:
* Όταν τα ηλεκτρόνια είναι ενθουσιασμένοι με τη ζώνη αγωγιμότητας, μπορούν να πέσουν πίσω στη ζώνη σθένους, απελευθερώνοντας ενέργεια με τη μορφή φωτός.
* Ωστόσο, για να επιτευχθεί η δράση λέιζερ, μια κατάσταση που ονομάζεται αναστροφή πληθυσμού είναι κρίσιμο. Αυτό σημαίνει ότι έχουν περισσότερα ηλεκτρόνια στην διεγερμένη κατάσταση (ζώνη αγωγιμότητας) από ό, τι στην κατάσταση εδάφους (ζώνη σθένους).
4. Διεγερμένη εκπομπή:
* Μόλις επιτευχθεί αναστροφή του πληθυσμού, ένα φωτόνιο (ελαφρύ σωματίδιο) με τη σωστή ενέργεια μπορεί να αλληλεπιδράσει με ένα διεγερμένο ηλεκτρόνιο, προκαλώντας την πτώση της στη ζώνη σθένους και εκπέμπει ένα άλλο φωτόνιο με την ίδια ενέργεια και φάση.
* Αυτό ονομάζεται διεγερμένη εκπομπή . Αυτό το εκπεμπόμενο φωτόνιο, με τη σειρά του, μπορεί να διεγείρει άλλα διεγερμένα ηλεκτρόνια για να εκπέμπει φωτόνια, οδηγώντας σε έναν καταρράκτη πανομοιότυπων φωτονίων.
5. Οπτική κοιλότητα:
* Για να δημιουργήσετε μια δέσμη λέιζερ, το υλικό ημιαγωγού περικλείεται σε μια οπτική κοιλότητα .
* Αυτή η κοιλότητα αποτελείται από δύο καθρέφτες, έναν εξαιρετικά αντανακλαστικό και ένα μερικώς αντανακλαστικό.
* Τα εκπεμπόμενα φωτόνια αναπήδησαν μεταξύ των καθρέφτη, αυξάνοντας την ένταση του φωτός.
* Ο μερικώς αντανακλαστικός καθρέφτης επιτρέπει σε κάποιο φως να ξεφύγουν, σχηματίζοντας τη δέσμη λέιζερ.
6. Φως λέιζερ:
* Το φως που εκπέμπεται από ένα λέιζερ ημιαγωγών είναι εξαιρετικά συνεκτικό (όλα τα φωτόνια έχουν την ίδια συχνότητα και φάση) και μονοχρωματικά (όλα τα φωτόνια έχουν το ίδιο μήκος κύματος).
* Αυτό το καθιστά χρήσιμο σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως οπτικές επικοινωνίες, δείκτες λέιζερ, σαρωτές γραμμωτού κώδικα και χειρουργική επέμβαση με λέιζερ.
Συνοπτικά:
Η αρχή ενός λέιζερ ημιαγωγού περιλαμβάνει τη δημιουργία μιας αναστροφής πληθυσμού σε ένα υλικό ημιαγωγού, χρησιμοποιώντας διεγερμένες εκπομπές για την ενίσχυση του φωτός και στη συνέχεια τον περιορισμό του φωτός μέσα σε μια οπτική κοιλότητα για την παραγωγή μιας συνεκτικής και μονοχρωματικής δέσμης λέιζερ.
