Принсипи кор ва намудҳои асосии лазерҳои нимноқилӣ

Принсипи кор ва намудҳои асосии онлазери нимноқил

НимноқилДиодҳои лазерӣбо самаранокии баланд, миниатюризатсия ва гуногунии дарозии мавҷҳои худ, ба таври васеъ ҳамчун ҷузъҳои асосии технологияи оптоэлектронӣ дар соҳаҳо ба монанди коммуникатсия, нигоҳубини тиббӣ ва коркарди саноатӣ истифода мешаванд. Дар ин мақола принсипи корӣ ва намудҳои лазерҳои нимноқилӣ муаррифӣ карда мешаванд, ки барои интихоби аксари тадқиқотчиёни оптоэлектронӣ қулай аст.

1. Принсипи нурпошии лазерҳои нимноқилӣ

Принсипи люминесценсияи лазерҳои нимноқил ба сохтори банд, гузаришҳои электронӣ ва партоби ангезандаи маводҳои нимноқил асос ёфтааст. Маводҳои нимноқил як навъи мавод бо фосилаи банд мебошанд, ки банди валентӣ ва банди гузаронандаро дар бар мегирад. Вақте ки мавод дар ҳолати асосӣ қарор дорад, электронҳо банди валентиро пур мекунанд, дар ҳоле ки дар банди гузаронандагӣ электронҳо вуҷуд надоранд. Вақте ки майдони муайяни электрикӣ ба берун татбиқ мешавад ё ҷараён ворид карда мешавад, баъзе электронҳо аз банди валентӣ ба банди гузаронандагӣ мегузаранд ва ҷуфтҳои электрон-сӯрохиро ташкил медиҳанд. Дар раванди озодшавии энергия, вақте ки ин ҷуфтҳои электрон-сӯрохи аз ҷониби ҷаҳони беруна ангехта мешаванд, фотонҳо, яъне лазерҳо, тавлид мешаванд.

2. Усулҳои ангезишдиҳии лазерҳои нимноқилӣ

Асосан се усули ангезиш барои лазерҳои нимноқилӣ мавҷуданд, яъне навъи тазриқи барқӣ, навъи насоси оптикӣ ва навъи ангезиш бо нури электронии баландэнергия.

Лазерҳои нимноқилии тазриқи барқӣ: Умуман, онҳо диодҳои нимноқилии сатҳи пайванди аз маводҳо ба монанди арсениди галлий (GaAs), сулфиди кадмий (CdS), фосфиди индий (InP) ва сулфиди руҳ (ZnS) сохташуда мебошанд. Онҳо бо роҳи тазриқи ҷараёни дар баробари самти пеш ҳаракаткунанда ангехта мешаванд ва дар минтақаи ҳамвори пайванд партоби ангезандаро ба вуҷуд меоранд.

Лазерҳои нимноқилҳои бо насоси оптикӣ: Умуман, кристаллҳои нимноқилҳои навъи N ё P (ба монанди GaAS, InAs, InSb ва ғайра) ҳамчун моддаи корӣ истифода мешаванд валазернури аз ҷониби дигар лазерҳо баровардашуда ҳамчун ангезиши оптикӣ истифода мешавад.

Лазерҳои нимноқилии аз нури электронии баландэнергия ангезишёфта: Умуман, онҳо инчунин кристаллҳои якнамуди нимноқилии навъи N ё навъи P-ро (ба монанди PbS, CdS, ZhO ва ғайра) ҳамчун моддаи корӣ истифода мебаранд ва бо ворид кардани нури электронии баландэнергия аз берун ангезиш меёбанд. Дар байни дастгоҳҳои лазерии нимноқилӣ, лазери диодии GaAs бо роҳи электрикӣ воридшуда бо сохтори дугона мебошад.

3. Намудҳои асосии лазерҳои нимноқилӣ

Минтақаи фаъоли лазери нимноқил минтақаи асосии тавлид ва тақвияти фотонҳо мебошад ва ғафсии он танҳо чанд микрометр аст. Сохторҳои дохилии мавҷгир барои маҳдуд кардани паҳншавии паҳлӯии фотонҳо ва баланд бардоштани зичии энергия (масалан, роҳгирҳои мавҷгирҳои қаторкӯҳӣ ва гетерогузаришҳои зеризаминӣ) истифода мешаванд. Лазер тарҳи гармидиҳандаро қабул мекунад ва маводҳои гармигузаронии баландро (масалан, хӯлаи мис-волфрам) барои паҳншавии босуръати гармӣ интихоб мекунад, ки метавонад аз кандашавии дарозии мавҷ, ки аз гармии аз ҳад зиёд ба вуҷуд меояд, пешгирӣ кунад. Мувофиқи сохтор ва сенарияҳои татбиқи онҳо, лазерҳои нимноқилро метавон ба чор категорияи зерин тасниф кард:

Лазери канорбарор (EEL)

Лазер аз сатҳи шикастани паҳлӯи чип бароварда мешавад ва нуқтаи эллиптикӣ (бо кунҷи дивергенсия тақрибан 30°×10°)-ро ташкил медиҳад. Дарозии мавҷҳои маъмулӣ 808 нм (барои насос), 980 нм (барои алоқа) ва 1550 нм (барои алоқаи нахӣ)-ро дар бар мегирад. Он ба таври васеъ дар буриши саноатии пуриқтидор, манбаъҳои насосии лазерии нахӣ ва шабакаҳои магистралии алоқаи оптикӣ истифода мешавад.

2. Лазери нурпошии сатҳи амудии ковокии нур (VCSEL)

Лазер ба таври амудӣ ба сатҳи чип бо нури даврашакл ва симметрӣ (кунҷи дивергенсия <15°) партофта мешавад. Он рефлектори тақсимшудаи Bragg (DBR)-ро муттаҳид мекунад, ки ниёз ба рефлектори берунаро аз байн мебарад. Он ба таври васеъ дар сенсории сеандоза (масалан, шинохти чеҳраи телефонҳои мобилӣ), муоширати оптикии масофаи кӯтоҳ (марказҳои додаҳо) ва LiDAR истифода мешавад.

3. Лазери каскадии квантӣ (QCL)

Бар асоси гузариши каскадии электронҳо байни чоҳҳои квантӣ, дарозии мавҷ диапазони инфрасурхи миёна ба дурро (3-30 мкм) фаро мегирад, бидуни ниёз ба инверсияи популятсия. Фотонҳо тавассути гузаришҳои байнишабакавӣ тавлид мешаванд ва одатан дар барномаҳо ба монанди сенсории газ (масалан, муайян кардани CO₂), тасвири терагерц ва мониторинги муҳити зист истифода мешаванд.

4. Лазери танзимшаванда

Тарҳи ковокии берунаи лазери танзимшаванда (панҷара/призма/оинаи MEMS) метавонад ба диапазони танзими дарозии мавҷ то ±50 нм, бо паҳнои хатти танг (<100 кГц) ва таносуби баланди радди паҳлӯӣ (>50 дБ) ноил гардад. Он одатан дар барномаҳо ба монанди муоширати мултиплекси тақсимоти дарозии мавҷҳои зич (DWDM), таҳлили спектралӣ ва тасвири биотиббӣ истифода мешавад. Лазерҳои нимноқил ба таври васеъ дар дастгоҳҳои лазерии коммуникатсионӣ, дастгоҳҳои нигоҳдории лазерии рақамӣ, таҷҳизоти коркарди лазер, таҷҳизоти аломатгузорӣ ва бастабандии лазерӣ, ҳуруфчинӣ ва чопи лазерӣ, таҷҳизоти тиббии лазерӣ, асбобҳои муайянкунии масофаи лазерӣ ва коллиматсия, асбобҳо ва таҷҳизоти лазерӣ барои фароғат ва маориф, ҷузъҳо ва қисмҳои лазерӣ ва ғайра истифода мешаванд. Онҳо ба ҷузъҳои асосии саноати лазерӣ тааллуқ доранд. Аз сабаби доираи васеи татбиқи он, брендҳо ва истеҳсолкунандагони зиёди лазерҳо мавҷуданд. Ҳангоми интихоб, он бояд ба ниёзҳои мушаххас ва соҳаҳои татбиқ асос ёбад. Истеҳсолкунандагони гуногун дар соҳаҳои гуногун барномаҳои гуногун доранд ва интихоби истеҳсолкунандагон ва лазерҳо бояд мувофиқи соҳаи воқеии татбиқи лоиҳа анҷом дода шавад.