Leza za semicondukta ni jenereta za quantum kulingana na kati amilifu ya semicondukta ambapo ukuzaji wa macho hutengenezwa kwa uchache unaochochewa wakati wa mpito wa kiasi kati ya viwango vya nishati katika mkusanyiko wa juu wa wabebaji wa chaji katika eneo lisilolipishwa.
Leza ya semiconductor: kanuni ya uendeshaji
Katika hali ya kawaida, elektroni nyingi ziko katika kiwango cha valency. Wakati photons hutoa nishati inayozidi nishati ya eneo la kutokuwepo, elektroni za semiconductor huja katika hali ya msisimko na, baada ya kushinda eneo lililokatazwa, hupita kwenye eneo la bure, likizingatia makali yake ya chini. Wakati huo huo, mashimo yaliyoundwa kwenye ngazi ya valence hupanda mpaka wake wa juu. Elektroni katika ukanda wa bure huungana tena na mashimo, ikitoa nishati sawa na nishati ya eneo la kutoendelea kwa namna ya fotoni. Mchanganyiko unaweza kuimarishwa na fotoni zilizo na viwango vya kutosha vya nishati. Maelezo ya nambari yanalingana na chaguo za kukokotoa za usambazaji wa Fermi.
Kifaa
Kifaa cha leza ya semiconductorni diode ya laser iliyopigwa na nishati ya elektroni na mashimo katika eneo la p-n-junction - hatua ya kuwasiliana na semiconductors na p- na n-aina ya conductivity. Kwa kuongeza, kuna leza za semiconductor zenye ugavi wa nishati ya macho, ambapo boriti huundwa kwa kunyonya fotoni za mwanga, pamoja na leza za quantum cascade, ambazo uendeshaji wake unategemea mipito ndani ya bendi.
Muundo
Miunganisho ya kawaida inayotumika katika leza za semiconductor na vifaa vingine vya optoelectronic ni kama ifuatavyo:
- gallium arsenide;
- gallium phosfidi;
- gallium nitride;
- fosfidi ya indidium;
- indidium-gallium arsenide;
- gallium aluminium arsenide;
- gallium-idium arsenide nitridi;
- gallium-idium fosfidi.
Wavelength
Kampani hizi ni semiconductors zenye pengo la moja kwa moja. Mwanga wa pengo lisilo la moja kwa moja (silicon) hautoi kwa nguvu na ufanisi wa kutosha. Urefu wa wimbi la mionzi ya laser ya diode inategemea kiwango cha makadirio ya nishati ya fotoni kwa nishati ya eneo la kutoendelea la kiwanja fulani. Katika misombo ya semiconductor ya vipengele 3 na 4, nishati ya eneo la kutoendelea inaweza kuendelea kutofautiana kwa anuwai. Kwa AlGaAs=AlxGa1-xKama, kwa mfano, ongezeko la maudhui ya aluminium (ongezeko la x) husababisha ongezeko la nishati ya eneo la kutoendelea.
Wakati leza za semicondukta zinazojulikana zaidi hufanya kazi katika infrared iliyo karibu, baadhi hutoa rangi nyekundu (indium gallium phosfide), bluu au zambarau (gallium nitridi). Mionzi ya kati ya infrared hutolewa na leza za semiconductor (lead selenide) na leza za quantum cascade.
Halsafa za kikaboni
Kando na misombo isokaboni iliyotajwa hapo juu, zile za kikaboni pia zinaweza kutumika. Teknolojia inayolingana bado iko chini ya maendeleo, lakini maendeleo yake yanaahidi kupunguza kwa kiasi kikubwa gharama ya uzalishaji wa jenereta za quantum. Kufikia sasa, ni leza za kikaboni pekee zilizo na ugavi wa nishati ya macho zimetengenezwa, na usukumaji wa umeme wenye ufanisi mkubwa bado haujapatikana.
Aina
Leza nyingi za semiconductor zimeundwa, zikitofautiana katika vigezo na thamani inayotumika.
Diodi ndogo za leza hutoa mwale wa ubora wa juu wa mionzi ya makali, ambayo nguvu yake ni kati ya milliwati kadhaa hadi mia tano. Kioo cha diode ya laser ni sahani nyembamba ya mstatili ambayo hutumika kama mwongozo wa wimbi, kwani mionzi ni mdogo kwa nafasi ndogo. Kioo kinawekwa pande zote mbili ili kuunda makutano ya p-n ya eneo kubwa. Miisho iliyosafishwa huunda resonator ya macho ya Fabry-Perot. Photon inayopitia resonator itasababisha recombination, mionzi itaongezeka, na kizazi kitaanza. Inatumika katika viashiria vya leza, vicheza CD na DVD, na mawasiliano ya nyuzi macho.
Leza zenye nguvu ya chini za monolithic na jenereta za quantum zenye kitoa sauti cha nje kuunda mipigo mifupi zinaweza kutoa ufungaji wa hali.
Lasersemiconductor na resonator ya nje inajumuisha diode ya laser, ambayo ina jukumu la katikati ya kukuza katika utungaji wa resonator kubwa ya laser. Zinauwezo wa kubadilisha urefu wa mawimbi na kuwa na mkanda finyu wa utoaji uchafu.
Leza za semicondukta za sindano zina eneo la utoaji katika umbo la bendi pana, zinaweza kutoa boriti ya ubora wa chini yenye nguvu ya wati kadhaa. Wao hujumuisha safu nyembamba ya kazi iko kati ya p- na n-safu, na kutengeneza heterojunction mbili. Hakuna utaratibu wa kuweka mwanga katika uelekeo wa kando, unaosababisha uimara wa juu wa mduara wa duara na mikondo ya juu isivyokubalika.
Pau zenye nguvu za diode, zinazojumuisha safu ya diodi za bendi pana, zinaweza kutoa boriti ya ubora wa wastani yenye nguvu ya makumi ya wati.
Safu zenye nguvu za dimensional mbili za diodi zinaweza kutoa nishati katika mamia na maelfu ya wati.
Leza zinazotoa moshi kwenye uso (VCSELs) hutoa mwangaza wa ubora wa juu wenye nishati ya milliwati kadhaa sawa na bati. Vioo vya resonator huwekwa kwenye uso wa mionzi kwa namna ya tabaka za urefu wa ¼ wa mawimbi na fahirisi tofauti za kuakisi. Laser mia kadhaa zinaweza kufanywa kwenye chip moja, ambayo hufungua uwezekano wa uzalishaji wa wingi.
VECSEL leza zenye nguvu ya macho na kitoa sauti cha nje zinaweza kutoa mwaliko wa ubora mzuri kwa nguvu ya wati kadhaa katika hali ya kufunga.
Uendeshaji wa kiasi cha leza ya semiconductor-aina ya mteremko inategemea mipito ndani ya kanda (kinyume na kanda). Vifaa hivi hutoa katika eneo la katikati ya infrared, wakati mwingine katika safu ya terahertz. Zinatumika, kwa mfano, kama vichanganuzi vya gesi.
laza za semiconductor: matumizi na vipengele vikuu
Leza zenye nguvu za diode zenye utendakazi wa juu wa kusukuma umeme kwa mikondo ya wastani hutumika kama njia ya kuwasha leza za hali dhabiti za ufanisi wa juu.
Leza za semicondukta zinaweza kufanya kazi kupitia masafa mapana, ambayo ni pamoja na sehemu zinazoonekana, karibu na infrared na katikati ya infrared za wigo. Vifaa vimeundwa ambavyo pia hukuruhusu kubadilisha marudio ya utoaji.
Diodi za laser zinaweza kubadili kwa haraka na kurekebisha nguvu ya macho, ambayo hupata matumizi katika visambazaji vya fiber optic.
Sifa kama hizi zimefanya leza za semicondukta kiteknolojia kuwa aina muhimu zaidi ya jenereta za quantum. Zinatumika:
- katika vitambuzi vya telemetry, pyrometers, altimeters za macho, vitafuta mbalimbali, vituko, holografia;
- katika mifumo ya fibre optic ya upitishaji macho na uhifadhi wa data, mifumo thabiti ya mawasiliano;
- katika vichapishi leza, viooza video, viashiria, vichanganuzi vya msimbo pau, vichanganuzi vya picha, vicheza CD (DVD, CD, Blu-Ray);
- katika mifumo ya usalama, kriptografia ya kiasi, uwekaji otomatiki, viashirio;
- katika metrology ya macho na spectroscopy;
- katika upasuaji, daktari wa meno, cosmetology, tiba;
- kwa ajili ya kutibu maji,usindikaji wa vifaa, pampu ya leza ya hali dhabiti, udhibiti wa athari ya kemikali, upangaji wa viwandani, uhandisi wa viwandani, mifumo ya kuwasha, mifumo ya ulinzi wa hewa.
Pulse output
Leza nyingi za semiconductor hutoa boriti inayoendelea. Kutokana na muda mfupi wa makazi ya elektroni katika ngazi ya uendeshaji, haifai sana kwa kuzalisha mapigo ya Q-switched, lakini hali ya kuendelea ya operesheni inaruhusu ongezeko kubwa la nguvu ya jenereta ya quantum. Kwa kuongeza, leza za semiconductor zinaweza kutumika kutengeneza mipigo ya ultrashort kwa kufunga modi au kubadili kwa faida. Wastani wa nguvu za mipigo fupi kwa kawaida huwa ni milliwati chache, isipokuwa leza za VECSEL zinazosukumwa kwa macho, ambazo matokeo yake hupimwa kwa mipigo ya sekunde ya wati nyingi yenye mzunguko wa makumi ya gigahertz.
Urekebishaji na uimarishaji
Faida ya kukaa kwa muda mfupi kwa elektroni katika bendi ya upitishaji ni uwezo wa leza za semiconductor katika urekebishaji wa masafa ya juu, ambao kwa leza za VCSEL huzidi GHz 10. Imepata matumizi katika uwasilishaji wa data ya macho, uchunguzi wa macho, uimarishaji wa leza.
