Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wykład IX Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) laser półprzewodnikowy.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wykład IX Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) laser półprzewodnikowy."— Zapis prezentacji:

1 Wykład IX Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) laser półprzewodnikowy

2 Emisja spontaniczna i wymuszona Emisja spontaniczna Fotony emitowane są we wszystkich kierunkach z jednakowym prawdopodobieństwem w przypadkowych chwilach. Emitowana fala elektromagnetyczna nie jest spójna. Emisja wymuszona Wymuszający i emitowany foton mają takie same : częstotliwość kierunek fazę Emitowana fala jest spójna

3 Inwersja obsadzeń W przypadku wzbudzeń termicznych Podstawowe metody pompowania: wyładowania elektryczne, pobudzanie optyczne wstrzykiwanie nośników (złącze p-n). W stanie równowagi termodynamicznej zawsze EINSTEIN: Aby zaszła akcja laserowa konieczne jest inwersja obsadzeń: W celu uzyskania inwersji obsadzeń układ musi być pompowany E1E1 E2E2

4 E1E1 E2E2 n 1 - ilość elektronów na poziomie E 1 n 2 - ilość elektronów na poziomie E 2 Z równania Boltzmana Przykład: T=3000 K E 2 -E 1 =2.0 eV

5 Współczynniki Einsteina Prawdopodobieństwo absorpcji wymuszonej R 1-2 R 1-2 = ( ) B 1-2 Proces emisji wymuszonej R 2-1 = ( ) B A 2-1 A proces emisji spontanicznej Zał: n 1 atomów w stanie 1 i n 2 atomów w stanie 2 jest w równowadze w temperaturze T z polem promieniowania o gęstości ( ): n 1 R 1-2 = n 2 R 2-1 n 1 ( ) B 1-2 = n 2 ( ( ) B A 2-1 ) Stąd ( ) E1E1 E2E2

6 B 1-2 /B 2-1 = 1 Względna liczba cząstek na dany stan: ( ) = = gęstość widmowa promieniowania CDC (prawo Plancka)

7 Stosunek A 2-1 prawdopodobieństwa emisji spontanicznej do prawdopodobieństwa emisji wymuszonej B 2-1 ( : 1.Energia h fotonów światła widzialnego zawiera się w granicach 1.6eV – 3.1eV. 2.kT w temperaturze 300K ~ 0.025eV. 3.Dopiero gdy h /kT <<1 emisja wymuszona może być dominująca. I tak np. w zakresie mikrofalowym h <0.0015eV. W ogólności częstość emisji do częstości absorpcji x jest dana wzorem: jeśli h /kT <<1. x~ n 2 /n 1

8 1.pompowanie optyczne obsadza szeroki poziom E 3 o krótkim czasie życia, rzędu s; poziomy: metastabilny i podstawowy są wąskie 2.- elektrony przechodzą z pasma wzbudzonego na poziom metastabilny i gromadzą się: inwersja obsadzeń. 3.- emisja wymuszona. (Wystarczy aby jeden elektron opuścił stan metastabilny w procesie emisji spontanicznej. Powstający foton zapoczątkuje emisję wymuszoną.) 4.Wiązka fotonów porusza się prostopadle do luster - powstaje fala stojąca. E1E1 E3E3 E2E2 szybkie przejścia akcja laserowa Przebieg akcji laserowej relacja nieoznaczoności Heisenberga:

9 Laser rubinowy Wynaleziony w latach 60-tych. Czynnik roboczy: monokryształ rubinu czyli Al 2 O 3 domieszkowany Cr. Pompowanie optyczne poprzez nawiniętą spiralnie lampę błyskową Lustra na obu końcach kryształu. Laser światła czerwonego

10

11 Laser półprzewodnikowy a) Dioda laserująca bez polaryzacji i b) spolaryzowana napięciem równym energii wzbronionej półprzewodnika. Warunek wystąpienia akcji laserowej: półprzewodniki zdegenerowane napięcie polaryzujące równe ~ przerwie wzbronionej

12 TU Dresden Inwersja obsadzeń w laserze półprzewodnikowym Elektrony w CB E Fn E Fp CB VB EgEg Dziury w VB eV E Fn - E Fp = eV eV > E g eV – napięcie w kier. Przewodzenia Więcej elektronów w pasmie przew. (CB) w pobliżu E C niż elektronów w pasmie walencyjnym (VB) w pobliżu E V Inwersja obsadzeń stanów w pobliżu E C i E V w obszarze złącza Jest to jedynie możliwe, gdy zdegenerowane złącze p-n jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia napięciem o energii eV > E g

13 Elektrony i dziury w studniach kwantowych ( Eg E1 + Eg + Eh ).

14 Nośniki w studni potencjału Fotony również w studni współczynnika załamania Nobel

15 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) Markery nowotworowe – fluorescencja po oświetleniu światłem niebieskim komórek rakowych różni się od fluorescencji zdrowych komórek. Detekcja broni chemicznej i biologicznej - po oświetleniu światłem niebieskim pierwiastki znajdujące się w broni chemicznej i biologicznej fluoryzują. Lepsze drukarki – drukarki laserowe na niebieskim laserze mają dwukrotnie większą rozdzielczość Medycyna/stomatologia – skalpele, rozdrabniacze złogów i udrażnianie arterii, renowacja uszkodzonej rogówki i naczyń krwionośnych w oku, utwardzanie wypełnień w zębach. Zastos. militarne – naprowadzanie na cel Nauka – Charakteryzacja materiałów i metrologia

16 Lasery-zastosowanie Większość współczesnych dysków (CD i DVD) jest wykonywana przy użyciu laserów na bazie GaAs, które emitują światło w czerwonym lub podczerwonym zakresie widma promieniowania CD 700MB używa lasera na 780nmCD DVD o pojemności 4.7GB - lasera na 640nm.DVD Niebieskie lasery o długości fali 405 nm: Blu-ray i Advanced Optical Disc mają pojemność 23GB i 36GB. Krótsze fale umożliwiają zapis olbrzymiej ilości danych

17 TU Dresden Laser niebiesko-fioletowy

18 Materiały półprzewodnikowe stosowane na LED i diody laserowe

19 Laser VCSEL


Pobierz ppt "Wykład IX Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) laser półprzewodnikowy."

Podobne prezentacje


Reklamy Google