لیزرهای نیم رسانا

لیزرهای نیم رسانا

اسلاید 1: ليزرهای نيمرساناSemiconductor Lasers

اسلاید 2: اساس کار لیزرهای نیمرساناماده نيمرسانا+بهره اپتيكي براي جبران اتلافها بقدر كافي قوي باشدبراي نور به صورت يك مشدد اپتيكي پسخور فراهم شودليزر نيمرسانا

اسلاید 3: آلايشدر نيمرساناي ذاتي كه هيچ ناخالصي نداشته باشد تعداد الكترونهاي نوار رسانش هميشه با تعداد حفره هاي نوار ظرفيت برابرنداگريك اتم با يك الكترون اضافي به صورت ناخالصي اضافه شود:نيم رساناي نوع nناخالصي يك الكترون به تراز رسانش مي بخشد(Donor)

اسلاید 4: اگريك اتم با يك الكترون كمتر به صورت ناخالصي اضافه شود:نيم رساناي نوع pناخالصي يك الكترون از تراز ظرفيت مي گيريد(Acceptor)

اسلاید 5: 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 الكترونها در جايگاه n و به حفره ها در جايگاه p حاملهاي اكثريت گفته مي شودبه حفره ها در جايگاه n و به الكترونها در جايگاه p حاملهاي اقليت گفته مي شودحفره 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 آيدكه در آن طول پخش، ضريب پخش و طول عمر حامل است.

اسلاید 6: 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

اسلاید 7: هرگاه يك ولتاژ خارجي به محل اتصال p-n اعمال شود تعادل از بين مي رود و جرياني به راه مي افتد.اگر منطقه p به قطب مثبت و منطقه n به قطب منفي منبع خارجي بسته شود گويند كه اتصال به صورت بایاس مستقیم استدر اين حالت چون ميدان خارجي در خلاف جهت ميدان داخلي است مقدار پتانسيل داخلي كاهش مي يابد.سد پتانسيل كاهش يافته ديگر نمي تواند مانع عبور حاملهاي اكثريت از اتصال شود و يك جريان برقرار مي شود.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.اگر منطقه n به قطب مثبت و منطقه p به قطب منفي منبع خارجي بسته شود كه اتصال دارای بایاس معكوس استسد پتانسيل داخلي افزايش مي يابد و مانع ادامه جريان مي شود.

اسلاید 8: ليزر نيمرساناغلظتهاي 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 گيردبایاس 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.

اسلاید 9: 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 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

اسلاید 10: 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.

اسلاید 11: دایود لیزرهای آرایه‌ای

اسلاید 12:

اسلاید 13:

اسلاید 14: ویژگی‌های لیزرهای نیمرساناحساس به الکتریسته ساکن

اسلاید 15: حساس به دماآستیگماتیزم

اسلاید 16: توان ليزر دايود (وات)جريان ليزر دايود (آمپر)0.00910.1021.50.2011.750.35320.4582.250.6152.50.7462.750.87531.013.251.133.51.253.751.3841.524.251.644.51.774.751.9525.252.135.52.235.752.355.98جریان آستانه لیزرولتاژ پایینولتاژ: بین 2تا 5 ولتجریان: تا 50 آمپرPinPout

اسلاید 17: کاربردهای لیزرهای نیمرساناMedicalHair removalSkin resurfacingOphthalmic surgeryDental surgeryOrthopedic surgeryLaser PumpingSolid State Laser pumpingEnd pumpingSide pumpingFiber Laser PumpingIndustrialFiber Laser CommunicationsMarkingSemiconductor and microelectronics manufacturingSolderingBrazingDental surgeryOrthopedic surgeryMilitaryRangefindersAltimetersSpeedometersTarget Designators

اسلاید 18: با تشکر فراوان از توجه شماAny Questions?