半導体レーザ：デバイスの種類、動作原理の使用

半導体レーザは、誘導放出による光増幅が領域内の自由電荷キャリアの高濃度の量子エネルギー準位間の遷移で作成されている、請求系半導体活性媒体、量子発電機です。

半導体レーザ：動作原理

通常、電子の大半は、原子価レベルにあります。 エネルギーバンドギャップ半導体を超えるアプローチ光子エネルギーの間に、電子が励起状態となり、その下縁に集中し、フリーゾーンへの移動、禁止ゾーンを壊します。 同時に、穴はその上縁に上昇し、価電子レベルに形成されています。 フリーゾーン内の電子が光子の形態で、破裂領域のエネルギーに等しいエネルギーを放射し、正孔と再結合します。 組換えは、十分なエネルギーレベルを有する光子によって向上させることができます。 数値的記述は、フェルミ分布関数に相当します。

デバイス

半導体レーザ装置は、 レーザダイオードの導電型半導体p型およびn型との接触点-領域のP-N-遷移のエネルギーの電子と正孔ポンピング。 さらに、ビームはゾーン内の遷移に基づいて光と量子カスケードレーザの光子の吸収により形成された光エネルギー入力を有する半導体レーザがあります。

構造

次のように、半導体レーザおよび他の光電子デバイスで使用される典型的な化合物：

• ガリウムヒ素;
• リン化ガリウム、
• 窒化ガリウム;
• リン化インジウム、
• インジウムガリウム砒素。
• ガリウムアルミニウム砒素、
• ガリウム - インジウム - ガリウムナイトライド。
• リン、ガリウム、インジウム。

波長

これらの化合物 - 直接ギャップ半導体。 間接（シリコン）が十分な力と効率で発光しません。 波長 放射 ダイオードレーザのは、 特定の化合物のバンドギャップに接近する光子エネルギーのエネルギーに依存します。 3-及び4-コンポーネント半導体化合物のエネルギーバンドギャップが広い範囲にわたって連続的に変化させることができます。 AlGaAs系で= Alがアルミニウム含有率（xの増加）は、エネルギーバンドギャップの増加の効果を有する増加、例えば、同様のGa _{1-xを xは} 。

最も一般的な半導体レーザは、スペクトルの近赤外部分で動作するが、一部は、赤色（ガリウムインジウムリン）、青色または紫色（窒化ガリウム）色を発します。 平均赤外半導体レーザ（鉛セレン）や量子カスケードレーザ。

有機半導体

上記無機化合物に加えて使用され、有機することができます。 適切な技術はまだ開発中ですが、その開発は大幅にレーザーの生産コストを削減することを約束します。 これまでのところ、唯一の光エネルギー入力と高性能電動ポンプに達していないとの有機レーザーを開発しました。

種

異なるパラメータおよびアプリケーションの値を持つ複数の半導体レーザによる。

小さなレーザダイオードはパワー範囲数百から500ミリワットまでの高品質の機械的放射のビームを生成します。 レーザダイオードチップは、小さなスペースに限定されるもので放射するので、導波路として機能する薄い長方形の板です。 結晶は、大面積のPN遷移を作成するために、両側でドープされました。 ペロー干渉計 - 研磨端はファブリの光共振器を作成します。 フォトンは再結合放射が増加し、発電を開始します引き起こすために空洞を通過します。 彼らは、レーザーポインター、CD-やDVDプレイヤーと同様に、光ファイバに使用されています。

短パルスを生成するための外部共振器を有する低出力レーザー、固体レーザーは、イベントを同期させることができます。

利得媒体の組成複数のレーザ共振器において役割を果たしているレーザダイオード、からなる外部共振器を有する半導体レーザ。 波長を変えると狭い発光帯域を持つできます。

注入レーザは、数ワットの低品質のビームパワーを生成することができ、広帯域の放射線の半導体領域です。 それは二重ヘテロ接合を形成するp型及びn型層との間に配置された薄い活性層からなります。 横方向の光の閉じ込め機構は、ハイビーム楕円率と許容できないほど高い閾値電流をもたらす、欠落しています。

ワット数十の平凡な品質のパワーのビームを生成することができるダイオード、ブロードバンドのアレイからなる強力なダイオードアレイ。

ダイオードの強力な二次元アレイは、ワット数千数百の力を発生させることができます。

プレートに垂直ないくつかミリワットの光出力ビーム品質を発する面発光レーザ（VCSEL）。 共振器ミラーの放射面にダイン¼異なると波長における層の形で適用される 屈折率。 単一のチップ上に大量生産の可能性を開く数百レーザを作製することができます。

C VECSELは、光エネルギーの入力及びモードロックで数ワットの良質なパワーのビームを生成することができる外部共振器レーザ。

（バンド間とは対照的に）バンド内遷移に基づいて作業半導体レーザ量子カスケード型。 これらのデバイスは、時々、テラヘルツ領域で、赤外線スペクトルの中央領域で発光します。 これらは、ガス分析器として、例えば、使用されています。

半導体 レーザー：アプリケーション との主要な側面

高度に電気的に適度な電圧で励起を有する高出力ダイオードレーザは、エネルギー供給の非常に有効な手段として使用される 固体レーザ。

半導体レーザは、スペクトルの可視、近赤外及び中赤外部分を含む周波数の広い範囲で動作することができます。 またizducheniya周波数を変更するために作成したデバイス。

レーザダイオードは素早く切り替えて、光ファイバ通信線送信機で使用される光パワーを調節することができます。

これらの特性は、半導体レーザは、技術メーザーの最も重要なタイプです作られてきました。 彼らが使用されています：

• テレメトリセンサ、高温計、光高度計、距離計、スポット、ホログラフィ。
• 光ファイバ伝送システムおよびデータストレージに、コヒーレント通信システム。
• レーザープリンタ、ビデオプロジェクター、ポインタ、バーコードスキャナ、イメージスキャナ、CDプレイヤー（DVD、CD、ブルーレイ）;
• セキュリティシステム、量子暗号、自動化、指標の。
• 光計測および分光法において、
• 手術では、歯科、美容、セラピー。
• 浄水、マテリアルハンドリング、固体レーザ、産業分類における化学反応の制御、産業機械、点火システム、及び空気防衛システムのポンプ。

パルス出力

ほとんどの半導体レーザは、連続ビームを生成します。 起因する伝導レベルでの電子の短い滞留時間に彼らは、Qスイッチパルスを生成するために非常に適していませんが、操作の準連続モードは大幅に量子発電電力を増加することができます。 また、半導体レーザは、超短パルスモード同期やゲインの切り替えの生成のために使用することができます。 平均パワー短パルスは、通常、出力ワット数ギガヘルツの数十周波数とピコ秒パルスを測定VECSEL-光励起レーザ、以外数ミリワットに限定されるもの。

モジュレーションと安定化

半導体レーザの伝導帯における短い滞留電子の利点は、10ギガヘルツを超えるVCSEL、レーザを有する高周波を調節する能力です。 これは、光データ伝送、分光法、レーザの安定化に使用されています。