Transcript پاورپوینت لیزر نیمرسانا

‫ليزرهای نيمرسانا‬
‫اساس کار ليزرهای نیمرسانا‬
‫ليزر نيمرسانا‬
‫بهره اپتيكي براي جبران اتالفها بقدر كافي قوي باشد‬
‫براي نور به صورت يك مشدد اپتيكي پسخور فراهم شود‬
‫‪+‬‬
‫ماده نيمرسانا‬
‫آاليش‬
‫در نيمرساناي ذاتي كه هيچ ناخالص ي نداشته باشد تعداد الكترونهاي نوار رسانش هميشه با تعداد حفره هاي‬
‫نوار ظرفيت برابرند‬
‫اگريك اتم با يك الكترون اضافي به صورت ناخالص ي اضافه شود‪:‬‬
‫ناخالص ي يك الكترون به تراز رسانش مي بخشد)‪(Donor‬‬
‫نيم رساناي نوع ‪n‬‬
‫اگريك اتم با يك الكترون كمتر به صورت ناخالص ي اضافه شود‪:‬‬
‫ناخالص ي يك الكترون از تراز ظرفيت مي گيريد)‪(Acceptor‬‬
‫نيم رساناي نوع ‪p‬‬
‫اتصالهاي ‪ p-n‬و پيشقدر دهي (‪)Biasing‬‬
‫هرگاه يك نيم رساناي نوع ‪ n‬به يك نيم رساناي نوع ‪ p‬متصل شود اتصال ‪ p-n‬تشكيل مي يابد‪.‬‬
‫شود‬
‫ميشود‬
‫گفتهمي‬
‫اكثريتگفته‬
‫الكترونها در جايگاه ‪ p‬حاملهاي اقليت‬
‫در جايگاه ‪ nn‬و به حفره ها‬
‫الكترونها در‬
‫به حفره ها‬
‫حفره ها از منطقه هاي نزديك به اتصال نوع ‪ p‬به علت وجود گراديان غلظت به طرف نوع ‪ n‬پخش مي‌شوند‪.‬‬
‫فاصله اي كه حاملها پيش از تركيب دوباره پخش مي شوند از رابطه زير بدست مي آيد‬
‫‪D‬‬
‫‪LD ‬‬
‫طول عمر حامل است‪.‬‬
‫كه در آن ‪LD‬طول پخش‪D ،‬ضريب پخش و ‪‬‬
‫در‬
‫بار فضايي منفي ‌‬
‫حركت حفره ها ‌از جايگاه ‪ p‬پذيرنده هاي منفي به جاي مي گذارد ‌و ايجاد يك اليه ‌‬
‫در جايگاه ‪ n‬اليه‬
‫جايگاه ‪ p‬نزديك به اتصال مي كند‪ .‬همينطور‌ پخش الكترون ‌از جايگاه ‪ n‬به جايگاه ‪‌ p‬‬
‫مي كند‪.‬‬
‫بار توليد يك ميدان الكتريكي داخلي‬
‫بار فضايي مثبت به جاي مي گذارد‪ .‬اين اليه هاي ‌‬
‫اي ‌‬
‫در حالت پايا جريان كل‬
‫در جهت مخالف جريان پخش راه مي‌اندازد‪‌ .‬‬
‫‪ E‬شده يك جريان سوق‌ ‌‬
‫ميدان ايجاد‬
‫‪int‬‬
‫ق‬
‫صفر است‪.‬‬
‫در تعادل گرمايي ‌‬
‫مجموع جريانهاي سو ‌ ‌و پخش است كه ‌‬
‫‪ V‬دو منطقه برقرار مي سازد كه نوارهاي انرژي بين‬
‫ميدان داخلي ايجاد شده يك پتانسيل داخلي ‪int‬بين‬
‫جايگاه ‪p‬و ‪ n‬را به يك جدايي وادار مي كند‪.‬‬
‫قدر غلظتهاي آاليش ‌و دما بيشت ‌ر‬
‫هر ‌‬
‫‌‬
‫بيشتر مي‌شود‪.‬‬
‫‪‌ Vint‬‬
‫هم‬
‫باشد‬
‫جابجايي نوارها چنان است كه‬
‫در طول‌ اتصال ثابت‬
‫پتانسيل شيميايي ‌‬
‫است‪.‬‬
‫پتانسيل ‪Vint‬مثل يك مانع عمل مي كند و حاملهاي اكثريت را از عبور از اتصال باز مي دارد‬
‫هرگاه يك ولتاژ خارجي به محل اتصال ‪ p-n‬اعمال شود تعادل از بين مي رود و جرياني به راه مي افتد‪.‬‬
‫اگر منطقه ‪ p‬به قطب مثبت و منطقه ‪ n‬به قطب منفي منبع خارجي بسته شود گويند كه اتصال به صورت بایاس‬
‫مستقیم است‬
‫مقدار پتانسيل داخلي كاهش مي يابد‪.‬‬
‫‌‬
‫در خالف جهت ميدان داخلي است‬
‫در اين حالت چو ‌ن ميدان خارجي ‌‬
‫‌‬
‫ديگر یك پتانسيل‬
‫چون‌ تعادل ‌از بين رفته است ‌‬
‫شیمیایی براي اتصال وجود ندارد بنابراين‬
‫پتانسيل شيميايي جايگاههاي ‪ n‬و ‪ p‬با فاصله‬
‫‪eV‬ي‌شوند‪.‬‬
‫جابجا م‬
‫نسبت به هم‬
‫‪ext‬‬
‫سد پتانسيل كاهش يافته ديگر نمي تواند مانع عبور حاملهاي اكثريت از اتصال شود و يك جريان برقرار مي شود‪.‬‬
‫اگر منطقه ‪ n‬به قطب مثبت و منطقه ‪ p‬به 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 آاليش را مي توان به حدي افزايش داد كه پتانسيل شيميايي در منطقه ‪ n‬باالي نوار رسانش و در منطقه‬
‫‪ p‬زير 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 اليع فعال هم گفته مي شود الكترونها و حفره ها باز تركيب تابش ي مي يابند و انرژي‬
‫اضافي خود را به صورت نور گسيل مي كنند‪ .‬به چنين وسيله اي ديود نور گسيل )‪ (LED‬مي گويند‪.‬‬
‫اگر اين‬
‫در انتهاهاي تراش يافته وسيله پسخور‌ مثبت دريافت كند ‌و ‌‬
‫هرگاه اين گسيل خود به خود با بازتابش جزئي ‌‬
‫نور‌ براي جبران اتالفها به اندازه كافي تقويت شود اتصال ‪ p-n‬به صورت يك ديود ليزر نيمرسانا عمل مي كند‬
‫نوار رسانش ‌از الكترونها ‌پر مي‬
‫در منطقه فعال است‪ .‬حالتهاي ‌‬
‫نوار ‌‬
‫كار پرشدگي ‌‬
‫تقويت نو ‌ر يكي ‌از نتيجه هاي ساز ‌و ‌‬
‫نوار ظرفيت ‌پر ‌از حفره هستند ( جمعيت معكوس)‪.‬‬
‫شوند ‌و حالتهاي ‌‬
‫هرگاه هر دو مناطق ‪ n‬و ‪ p‬از يك ماده‬
‫باشند ليزر هم پيوندگاه ناميده مي ش ‌ود‪.‬‬
‫سطوح انتهايي معمو ‌ال اليه گذاري‌ نشده اند ‌و بازتابندگي‬
‫طبيعي پسخور‌ الزم براي عمل ليزر را فراهم مي كند‪.‬گسيل‬
‫سرتاسر مساحت اتصال صورت مي گيرد ‌و به سبب‬
‫‌‬
‫‌از‬
‫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.‬‬
‫اليه فعال اليه اي نازك از ‪ GaAs‬بين يك اليه نوع ‪ p‬و‬
‫يك اليه نوع ‪ n‬از ‪ Alx Ga1-x As‬است‪.‬‬
‫منجر‬
‫‌‬
‫نوار بزرگتر ‪ AlGaAs‬نسبت به ‪GaAs‬‬
‫گاف ‌‬
‫در اليه فعال مي شود‪ .‬عالوه ‌بر اين‬
‫به حبس حاملها ‌‬
‫بيشتر از ‪ AlGaAs‬است‬
‫‌‬
‫ضريب شكست ‪GaAs‬‬
‫منجر به حبس تابش در ‪ GaAs‬مي شود‪.‬‬
‫كه ‌‬
‫دایود ليزرهای آرایه‌ای‬
‫ویژگی‌های ليزرهای نیمرسانا‬
‫حساس به الکتریسته ساکن‬
‫حساس به دما‬
‫آستیگماتيزم‬
‫ولتاژ پایين‬
‫ولتاژ‪ :‬بين ‪2‬تا ‪ 5‬ولت‬
‫جریان‪ :‬تا ‪ 50‬آمپر‬
‫جریان آستانه ليزر‬
‫‪3.3‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2.7‬‬
‫‪Pin‬‬
‫‪2.4‬‬
‫‪2.1‬‬
‫‪2.8‬‬
‫‪2.6‬‬
‫‪2.4‬‬
‫‪2.2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1.8‬‬
‫‪1.6‬‬
‫‪1.4‬‬
‫‪1.2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪0.8‬‬
‫‪0.6‬‬
‫‪0.4‬‬
‫‪0.2‬‬
‫‪0‬‬
‫‪0.6‬‬
‫‪0.3‬‬
‫‪0‬‬
‫‪Pout‬‬
‫‪5.7‬‬
‫‪5.4‬‬
‫‪5.1‬‬
‫‪4.8‬‬
‫توان ليزر دايود (وات)‬
‫‪0.009‬‬
‫‪0.102‬‬
‫‪0.201‬‬
‫‪0.353‬‬
‫‪0.458‬‬
‫‪0.615‬‬
‫‪0.746‬‬
‫‪0.875‬‬
‫‪1.01‬‬
‫‪1.13‬‬
‫‪1.25‬‬
‫‪1.38‬‬
‫‪1.52‬‬
‫‪1.64‬‬
‫‪1.77‬‬
‫‪1.9‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2.13‬‬
‫‪2.23‬‬
‫‪3.6 3.9 4.2 4.5‬‬
‫‪2.35‬‬
‫جريان ليزر دايود (آمپر)‬
‫‪1‬‬
‫‪1.5‬‬
‫‪1.75‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2.25‬‬
‫‪2.5‬‬
‫‪2.75‬‬
‫‪3‬‬
‫‪3.25‬‬
‫‪3.5‬‬
‫‪3.75‬‬
‫‪4‬‬
‫‪4.25‬‬
‫‪4.5‬‬
‫‪4.75‬‬
‫‪5‬‬
‫‪5.25‬‬
‫‪5.5‬‬
‫‪5.75‬‬
‫‪0.9 1.2 1.5 1.8‬‬
‫‪5.98‬‬
‫کاربردهای ليزرهای نیمرسانا‬
Medical
Laser Pumping
 Hair removal
 Solid State Laser pumping
 Skin resurfacing
 End pumping
 Ophthalmic surgery
 Side pumping
 Dental surgery
 Fiber Laser Pumping
 Orthopedic surgery
Military
Industrial
 Fiber Laser Communications
 Rangefinders
 Marking
 Altimeters
 Semiconductor and
microelectronics manufacturing
 Speedometers
 Target Designators
 Soldering
 Brazing