هيكل ديود / أشباه الموصلات

بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم عن هيكل ليزر ديود / أشباه الموصلات. تعلم أيضا عن مبدأ التشغيل الخاص بها.

على الرغم من أن هذه الليزرات تنتمي إلى فئة أشعة الليزر ذات الحالة الصلبة ، إلا أنها تختلف اختلافًا كبيرًا في تفاصيل العملية من أشعة الليزر الأخرى ذات الحالة الصلبة مثل ليزر الياقوت والليزر YD: لذلك تعتبر نوعًا منفصلاً.

ليزر أشباه الموصلات هو في الأساس ثنائي الصمام. يتم تشكيل وصلة الوصل عن طريق إحضار نوع من النوع P وأشباه الموصلات من النوع n في اتصال مع بعضها البعض بطبقة نشطة داخلية بينهما. عند مرور تيار كهربائي عبر مثل هذا الجهاز ، يظهر ضوء الليزر من منطقة التوصيل. يكون إنتاج الطاقة محدودًا ، إلا أن التكلفة المنخفضة والصغيرة الحجم والكفاءة العالية نسبيًا تجعل هذه الليزرات مناسبة تمامًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات.

هذه الليزرات متشابهة في البناء إلى ترانزستور أو صمام ثنائي أشباه الموصلات. عادة ما يصدر ليزر أشباه الموصلات التقليدي الذي يستخدم الغاليوم والزرنيخ والألمنيوم نبضات تحت حمراء تتراوح بين 0.8 و 0.9 ميكرومتر طول الموجة مع قوة ترتيب الواط. وقد أدى البحث باستخدام مواد جديدة ، مثل الإنديوم والفوسفور ، إلى شعاع ليزر ذي أطوال موجية أطول يتراوح بين 1،1 و 1.6 ميكرومتر مما يزيد من كفاءة انتقال الضوء في الألياف البصرية.

أحدث البحوث في مجال أشباه الموصلات ليزر أدى إلى تطوير شعاع الليزر من الأطوال الموجية أقصر مثل مرئية ، ولا سيما أن من المنطقة الحمراء من الطيف. يوضح الشكل 14.43 المفهوم الأساسي للإعداد الخاص بأشباه الموصلات أو ليزر الديود.

منذ اختراعه في عام 1962 ، قطعت ليزر أشباه الموصلات شوطا طويلا ولو بخطى بطيئة. ويمكن أن يعزى هذا التقدم البطيء في هذا المجال إلى عدم توفر التقنيات اللازمة لتصنيع مواد أشباه الموصلات ذات النقاء المطلوب ونقص الإلكترونيات الصلبة.

ومع ذلك ، فإن النمو الأخير في هذا المجال الذي تم تقديمه يعد واعدًا جدًا ومن المتوقع أن تحل أشعة أشباه الموصلات محل الليزرات التقليدية للغازات الصلبة والغازات. هذا لأنهم يقدمون العديد من المزايا الفريدة ، مثل الحجم الصغير والكفاءة العالية (حتى 20٪) ، عدم القدرة على الطول الموجي ، انخفاض استهلاك الطاقة ، إمكانية تشكيل الإخراج المباشر ، والتوافق مع الإنتاج الضخم.

مبدأ التشغيل:

ليزر أشباه الموصلات هو نظام ليزر من مستويين. حالة الليزر العلوية هي نطاق التوصيل ، والحالة السفلية هي نطاق التكافؤ. تنبعث شعاع الليزر من فجوة النطاق لأشباه الموصلات. لبدء عملية lasing ، من الضروري الحصول على الكسب الكافي من خلال الانقلاب السكاني بين الستارة وعلامات التوصيل. يمكن إنشاء مثل هذا الانعكاس السكاني عن طريق الضخ الخارجي بواسطة أشعة الليزر أو حزم الإلكترون أو مصابيح الفلاش ؛ ولكن في معظم أجهزة أشباه الموصلات المتوفرة تجارياً ، يتأثر هذا بالضخ الداخلي ، أي بواسطة الضخ الكهربائي باستخدام وصلة PN.

هناك العديد من التصاميم من أشباه الموصلات ليزر. بعض من أهمها تشمل ما يلي:

1. ردود الفعل الموزعة (DFB) ليزر.

2. يقترن ، تجويف الليزر.

3. ليزر كوانتوم حسنا.

4. الليزر الذي ينبعث منه السطح.

5. الأشعة تحت الحمراء ، وشعاع الشعاع المرئي.

الأنواع المختلفة هيكليا هي كما يلي:

(1) ليزر المنطقة العريضة ،

(2) الليزر المهاجر

(3) الليزر الأسبوعي الموجه بالمؤشر ،

(أ) ريدج ويف إسترشيد ليزرز ،

(ب) الليزر الموجي الضلع الموجه ،

(رابعا) ليزيد بقوة مؤشر الليزر.

يتراوح خرج الطاقة من ليزر أشباه الموصلات / الصمام الثنائي من 1 ميغاواط للليزر الواحد إلى 0.5 واط للصفائف المقفلة الطولية من الثنائيات المبنية في الركيزة المشتركة. قد تكون الكفاءة عالية تصل إلى 20 ٪ لليزر الصمام الثنائي. يمكن تشغيل هذه الليزرات في الموجة المستمرة (CW) أو الموجة النبضية (PW) عند معدلات تكرار عالية.