ليزرهای نيمرسانا Semiconductor Lasers

اساس کار لیزرهای نیمرسانا بهره اپتيكي براي جبران اتلافها بقدر كافي قوي باشد ماده نيمرسانا + ليزر نيمرسانا براي نور به صورت يك مشدد اپتيكي پسخور فراهم شود

آلايش در نيمرساناي ذاتي كه هيچ ناخالصي نداشته باشد تعداد الكترونهاي نوار رسانش هميشه با تعداد حفره هاي نوار ظرفيت برابرند اگريك اتم با يك الكترون اضافي به صورت ناخالصي اضافه شود: ناخالصي يك الكترون به تراز رسانش مي بخشد(Donor) نيم رساناي نوع n

اگريك اتم با يك الكترون كمتر به صورت ناخالصي اضافه شود: ناخالصي يك الكترون از تراز ظرفيت مي گيريد(Acceptor) نيم رساناي نوع p

اتصالهاي p-n و پيشقدر دهي (Biasing) هرگاه يك نيم رساناي نوع n به يك نيم رساناي نوع p متصل شود اتصال p-n تشكيل مي يابد. به حفره ها در جايگاه n و به الكترونها در جايگاه p حاملهاي اقليت گفته مي شود به الكترونها در جايگاه n و به حفره ها در جايگاه p حاملهاي اكثريت گفته مي شود حفره ها از منطقه هاي نزديك به اتصال نوع p به علت وجود گراديان غلظت به طرف نوع n پخش مي‌شوند. فاصله اي كه حاملها پيش از تركيب دوباره پخش مي شوند از رابطه زير بدست مي آيد كه در آن طول پخش، ضريب پخش و طول عمر حامل است.

حركت حفره ها از جايگاه p پذيرنده هاي منفي به جاي مي گذارد و ايجاد يك لايه بار فضايي منفي در جايگاه p نزديك به اتصال مي كند. همينطور پخش الكترون از جايگاه n به جايگاه p در جايگاه n لايه اي بار فضايي مثبت به جاي مي گذارد. اين لايه هاي بار توليد يك ميدان الكتريكي داخلي مي كند. ميدان ايجاد شده يك جريان سوق در جهت مخالف جريان پخش راه مي‌اندازد. در حالت پايا جريان كل مجموع جريانهاي سوق و پخش است كه در تعادل گرمايي صفر است. ميدان داخلي ايجاد شده يك پتانسيل داخلي بين دو منطقه برقرار مي سازد كه نوارهاي انرژي بين جايگاه pو n را به يك جدايي وادار مي كند. هر قدر غلظتهاي آلايش و دما بيشتر باشد هم بيشتر مي‌شود. جابجايي نوارها چنان است كه پتانسيل شيميايي در طول اتصال ثابت است. پتانسيل مثل يك مانع عمل مي كند و حاملهاي اكثريت را از عبور از اتصال باز مي دارد

هرگاه يك ولتاژ خارجي به محل اتصال p-n اعمال شود تعادل از بين مي رود و جرياني به راه مي افتد. در اين حالت چون ميدان خارجي در خلاف جهت ميدان داخلي است مقدار پتانسيل داخلي كاهش مي يابد. چون تعادل از بين رفته است ديگر یك پتانسيل شیمیایی براي اتصال وجود ندارد بنابراين پتانسيل شيميايي جايگاههاي n و p با فاصله نسبت به هم جابجا مي‌شوند. سد پتانسيل كاهش يافته ديگر نمي تواند مانع عبور حاملهاي اكثريت از اتصال شود و يك جريان برقرار مي شود. اگر منطقه n به قطب مثبت و منطقه p به قطب منفي منبع خارجي بسته شود كه اتصال دارای بایاس معكوس است سد پتانسيل داخلي افزايش مي يابد و مانع ادامه جريان مي شود.

ليزر نيمرسانا غلظتهاي آلايش را مي توان به حدي افزايش داد كه پتانسيل شيميايي در منطقه n بالاي نوار رسانش و در منطقه p زير نوار ظرفيت قرار گيرد بایاس مستقیم در اين چنين اتصالي منجر به تزريق الكترونها و حفره ها در منطقه تهي شده و باعث واروني جمعيت مي شود. در اين منطقه تهي كه به آن لايع فعال هم گفته مي شود الكترونها و حفره ها باز تركيب تابشي مي يابند و انرژي اضافي خود را به صورت نور گسيل مي كنند. به چنين وسيله اي ديود نور گسيل (LED) مي گويند.

هرگاه اين گسيل خود به خود با بازتابش جزئي در انتهاهاي تراش يافته وسيله پسخور مثبت دريافت كند و اگر اين نور براي جبران اتلافها به اندازه كافي تقويت شود اتصال p-n به صورت يك ديود ليزر نيمرسانا عمل مي كند تقويت نور يكي از نتيجه هاي سازو كار پرشدگي نوار در منطقه فعال است. حالتهاي نوار رسانش از الكترونها پر مي شوند و حالتهاي نوار ظرفيت پر از حفره هستند ( جمعيت معكوس).

هرگاه هر دو مناطق n و p از يك ماده باشند ليزر هم پيوندگاه ناميده مي شود. سطوح انتهايي معمولا لايه گذاري نشده اند و بازتابندگي طبيعي پسخور لازم براي عمل ليزر را فراهم مي كند.گسيل از سرتاسر مساحت اتصال صورت مي گيرد و به سبب نشت حاملها و نور از منطقه حامل، چشمه هاي نور چندان كارايي نيستند. در ليزرهاي چند پيوند گاهي از حبس حاملها و موجبري اپتيكي در چند ساختار سود جسته مي شود. لايه فعال لايه اي نازك از GaAs بين يك لايه نوع p و يك لايه نوع n از Alx Ga1-x As است. گاف نوار بزرگتر AlGaAs نسبت به GaAs منجر به حبس حاملها در لايه فعال مي شود. علاوه بر اين ضريب شكست GaAs بيشتر از AlGaAs است كه منجر به حبس تابش در GaAs مي شود.

دایود لیزرهای آرایه‌ای

ویژگی‌های لیزرهای نیمرسانا حساس به الکتریسته ساکن

حساس به دما آستیگماتیزم

جريان ليزر دايود (آمپر) ولتاژ پایین ولتاژ: بین 2تا 5 ولت جریان: تا 50 آمپر جریان آستانه لیزر توان ليزر دايود (وات) جريان ليزر دايود (آمپر) 0.009 1 0.102 1.5 0.201 1.75 0.353 2 0.458 2.25 0.615 2.5 0.746 2.75 0.875 3 1.01 3.25 1.13 3.5 1.25 3.75 1.38 4 1.52 4.25 1.64 4.5 1.77 4.75 1.9 5 5.25 2.13 5.5 2.23 5.75 2.35 5.98 Pout Pin

کاربردهای لیزرهای نیمرسانا Medical Laser Pumping Hair removal Skin resurfacing Ophthalmic surgery Dental surgery Orthopedic surgery Solid State Laser pumping End pumping Side pumping Fiber Laser Pumping Industrial Military Fiber Laser Communications Marking Semiconductor and microelectronics manufacturing Soldering Brazing Dental surgery Orthopedic surgery Rangefinders Altimeters Speedometers Target Designators

با تشکر فراوان از توجه شما Any Questions?