2-آموزش لیزر کوانتومی آبشار
طول موج انتشار [ ویرایش ]
| پنهان شدناین بخش مشکلات متعددی دارد. لطفاً به بهبود آن کمک کنید یا درباره این مسائل در صفحه بحث بحث کنید. ( با نحوه و زمان حذف این پیام های الگو آشنا شوید )
|
QCLها در حال حاضر محدوده طول موجی از 2.63 میکرومتر [20] تا 250 میکرومتر [21] را پوشش می دهند (و با اعمال میدان مغناطیسی تا 355 میکرومتر گسترش می یابد. [ نیاز به نقل از ] )
موجبرهای نوری [ ویرایش ]
نمای انتهایی نمای QC با موجبر برجستگی. خاکستری تیره تر: InP، خاکستری روشن تر: لایه های QC، مشکی: دی الکتریک، طلایی: پوشش طلا. خط الراس ~ 10 میلی متر عرض.
نمای انتهایی وجه QC با موجبر ناهم ساختار مدفون. خاکستری تیره تر: InP، خاکستری روشن تر: لایه های QC، سیاه: دی الکتریک. ساختار ناهمسان ~ 10 میکرومتر عرض
اولین گام در پردازش مواد بهره آبشاری کوانتومی برای ساختن یک دستگاه تابش نور مفید، محدود کردن محیط بهره در یک موجبر نوری است. این امکان هدایت نور ساطع شده را به یک پرتو همسو میکند و اجازه میدهد تا یک تشدیدگر لیزری ساخته شود تا بتوان نور را دوباره به محیط بهره جفت کرد.
دو نوع موجبر نوری رایج هستند. یک موجبر برجستگی با حک کردن ترانشههای موازی در ماده افزایش آبشار کوانتومی ایجاد میشود تا یک نوار مجزا از مواد QC، معمولاً ~ 10 میلی متر عرض و چندین میلی متر طول ایجاد کند. یک ماده دی الکتریک به طور معمول در ترانشه ها قرار می گیرد تا جریان تزریق شده را به پشته هدایت کند، سپس کل رج معمولاً با طلا پوشانده می شود تا تماس الکتریکی برقرار کند و به حذف گرما از پشته در هنگام تولید نور کمک کند. نور از انتهای بریده شده موجبر ساطع می شود، با یک ناحیه فعال که معمولاً فقط چند میکرومتر ابعاد دارد.
نوع دوم موجبر یک ساختار ناهمسان مدفون است . در اینجا، ماده QC نیز برای تولید یک برجستگی ایزوله اچ می شود. با این حال، اکنون، مواد نیمه هادی جدید بر روی پشته رشد می کنند. تغییر در ضریب شکست بین ماده QC و ماده بیش از حد رشد کرده برای ایجاد یک موجبر کافی است. مواد دی الکتریک نیز بر روی مواد بیش از حد رشد یافته در اطراف خط الراس QC رسوب می کند تا جریان تزریق شده را به محیط افزایش QC هدایت کند. موجبرهای ناهم ساختار مدفون در حذف گرما از ناحیه فعال QC در هنگام تولید نور کارآمد هستند.
انواع لیزر [ ویرایش ]
اگرچه از محیط بهره آبشاری کوانتومی می توان برای تولید نور ناهمدوس در یک پیکربندی سوپرلومینسانس استفاده کرد، [22] بیشتر در ترکیب با یک حفره نوری برای تشکیل یک لیزر استفاده می شود.
لیزرهای فابری-پروت [ ویرایش ]
این ساده ترین لیزر آبشاری کوانتومی است. یک موجبر نوری ابتدا از ماده آبشار کوانتومی ساخته می شود تا محیط بهره را تشکیل دهد. سپس انتهای دستگاه نیمه هادی کریستالی شکاف داده می شود تا دو آینه موازی در دو طرف موجبر ایجاد شود، بنابراین تشدید کننده فابری-پرو تشکیل می شود. بازتاب باقیمانده در وجوه بریده شده از رابط نیمه هادی به هوا برای ایجاد یک تشدید کننده کافی است. لیزرهای آبشاری کوانتومی Fabry-Pérot قادر به تولید توان های بالا هستند، [23] اما معمولاً در جریان های عملیاتی بالاتر چند حالته هستند. طول موج را می توان عمدتا با تغییر دمای دستگاه QC تغییر داد.
لیزرهای بازخورد توزیع شده [ ویرایش ]
یک لیزر آبشاری کوانتومی بازخورد توزیع شده (DFB) [24] شبیه لیزر Fabry-Pérot است، به جز یک بازتابنده براگ توزیع شده (DBR) که در بالای موجبر ساخته شده است تا از انتشار آن در طول موجی غیر از طول موج مورد نظر جلوگیری کند. این کار لیزر را حتی در جریان های کاری بالاتر مجبور به عملکرد تک حالته می کند. لیزرهای DFB را می توان عمدتاً با تغییر دما تنظیم کرد، اگرچه یک نوع جالب در تنظیم را می توان با پالس لیزر DFB به دست آورد. در این حالت، طول موج لیزر در طول جریان پالس به سرعت " چیهک " می شود و امکان اسکن سریع یک ناحیه طیفی را فراهم می کند. [25]
لیزرهای حفره خارجی [ ویرایش ]
شماتیک دستگاه QC در حفره خارجی با بازخورد نوری انتخابی فرکانس ارائه شده توسط گریتینگ پراش در پیکربندی Littrow.
در یک لیزر آبشاری کوانتومی حفره خارجی (EC)، دستگاه آبشار کوانتومی به عنوان رسانه افزایش لیزر عمل می کند. یکی، یا هر دو، از وجوه موجبر دارای یک پوشش ضد انعکاس است که عملکرد حفره نوری وجوه شکاف خورده را از بین می برد. سپس آینه ها در پیکربندی بیرونی دستگاه QC مرتب می شوند تا حفره نوری ایجاد شود.
اگر یک عنصر انتخابی فرکانس در حفره خارجی گنجانده شود، می توان تابش لیزر را به یک طول موج کاهش داد و حتی تابش را تنظیم کرد. به عنوان مثال، از توری های پراش برای ایجاد یک لیزر قابل تنظیم [26] استفاده شده است که می تواند بیش از 15 درصد طول موج مرکزی خود را تنظیم کند.
دستگاه های تنظیم پیشرفته [ ویرایش ]
چندین روش برای گسترش محدوده تنظیم لیزرهای آبشاری کوانتومی با استفاده از عناصر یکپارچه یکپارچه وجود دارد. هیترهای یکپارچه می توانند محدوده تنظیم را در دمای عملیاتی ثابت تا 0.7٪ از طول موج مرکزی [27] گسترش دهند و توری های روبنا که از طریق اثر Vernier کار می کنند می توانند آن را تا 4٪ از طول موج مرکزی گسترش دهند، [28] در مقایسه با <0.1٪ برای یک دستگاه استاندارد DFB
رشد [ ویرایش ]
این بخش نیاز به گسترش دارد . می توانید با افزودن به آن کمک کنید . ( ژوئن 2008 ) |
لایه های متناوب دو نیمه هادی مختلف که ساختار ناهمسان کوانتومی را تشکیل می دهند، ممکن است با استفاده از روش های مختلفی مانند اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE) یا اپیتاکسی فاز بخار متال آلی ( MOVPE)، که به عنوان رسوب بخار شیمیایی فلز آلی نیز شناخته می شود، روی یک بستر رشد کنند. MOCVD).
برنامه های کاربردی [ ویرایش ]
لیزرهای آبشاری کوانتومی Fabry-Pero (FP) برای اولین بار در سال 1998 تجاری شدند، [29] دستگاه های بازخورد توزیع شده (DFB) برای اولین بار در سال 2004 تجاری شدند، [30] و لیزرهای آبشاری کوانتومی حفره خارجی با قابلیت تنظیم گسترده برای اولین بار در سال 2006 تجاری شدند [31]. خروجی توان نوری بالا، محدوده تنظیم و عملکرد دمای اتاق، QCL ها را برای کاربردهای طیف سنجی مانند سنجش از راه دور گازهای محیطی و آلاینده ها در جو [32] و امنیت مفید می کند. آنها ممکن است در نهایت برای کنترل کروز خودرو در شرایط دید ضعیف استفاده شوند [ نیازمند منبع ]رادار اجتناب از برخورد ، [ نیازمند منبع ] کنترل فرآیند صنعتی، [ نیازمند منبع ] و تشخیص پزشکی مانند آنالایزرهای تنفسی. [33] QCL ها همچنین برای مطالعه شیمی پلاسما استفاده می شوند. [34]
هنگامی که در سیستمهای لیزری چندگانه استفاده میشود، طیفسنجی QCL درون پالسی پوشش طیفی باند پهنی را ارائه میدهد که به طور بالقوه میتواند برای شناسایی و تعیین کمیت مولکولهای سنگین پیچیده مانند مولکولهای موجود در مواد شیمیایی سمی، مواد منفجره و داروها استفاده شود. [ توضیحات لازم ] [35]
در داستان [ ویرایش ]
بازی ویدیویی Star Citizen لیزرهای آبشاری کوانتومی حفره خارجی را به عنوان سلاح های پرقدرت تصور می کند. [36]
منبع
https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum-cascade_laser