Wykład XI Light Amplificatio by Stimulated Emissio of Radiatio (LASER) laser półprzewodikowy
Emisja spotaicza Emisja spotaicza i wymuszoa Fotoy emitowae są we wszystkich kierukach z jedakowym prawdopodobieństwem w przypadkowych chwilach. Emitowaa fala elektromagetycza ie jest spója. Emisja wymuszoa Wymuszający i emitoway foto mają takie same : Emitowaa fala jest spója częstotliwość kieruek fazę
Iwersja obsadzeń W przypadku wzbudzeń termiczych E E exp kt E W staie rówowagi termodyamiczej zawsze EINSTEIN: Aby zaszła akcja laserowa koiecze jest iwersja obsadzeń: W celu uzyskaia iwersji obsadzeń układ musi być pompoway Podstawowe metody pompowaia: wyładowaia elektrycze, pobudzaie optycze wstrzykiwaie ośików (złącze p-).
Z rówaia Boltzmaa E ( E E ) exp kt - ilość elektroów a poziomie E - ilość elektroów a poziomie E Przykład: T=3000 K 4.40 E E -E =.0 ev 4
Współczyiki Eisteia Prawdopodobieństwo absorpcji wymuszoej R - R - = r () B - Proces emisji wymuszoej E E R - = r () B - + A - A - - proces emisji spotaiczej Zał: atomów w staie e i atomów w staie e jest w rówowadze w temperaturze T z polem promieiowaia o gęstości r (): R - = R - r () B - = (r () B - + A - ) Stąd r () A r = B B / B
Względa liczba cząstek a day sta: exp( e e )/ kt exp( h / kt) A / B 8h / c exp( ) kt exp( h / kt) r () = = B h B 3 3 gęstość widmowa promieiowaia CDC (prawo Placka) B - /B - = A B 8 h c 3 3
Stosuek A - prawdopodobieństwa emisji spotaiczej do prawdopodobieństwa emisji wymuszoej B - r( :. Eergia h fotoów światła widzialego zawiera się w graicach.6ev 3.eV.. kt w temperaturze 300K ~ 0.05eV. 3. Dopiero gdy h /kt << emisja wymuszoa może być domiująca. I tak p. w zakresie mikrofalowym h <0.005eV. W ogólości częstość emisji do częstości absorpcji x jest daa wzorem: jeśli h /kt <<. ) / exp( ) ( kt h B A r ] ) ( [ ) ( ) ( B A B B A x r r r x~ /
Przebieg akcji laserowej E 3 E szybkie przejścia relacja ieozaczoości Heiseberga: Et E akcja laserowa. pompowaie optycze obsadza szeroki poziom E 3 o krótkim czasie życia, rzędu 0-8 s; poziomy: metastabily i podstawowy są wąskie. - elektroy przechodzą z pasma wzbudzoego a poziom metastabily i gromadzą się: iwersja obsadzeń. 3. - emisja wymuszoa. (Wystarczy aby jede elektro opuścił sta metastabily w procesie emisji spotaiczej. Powstający foto zapoczątkuje emisję wymuszoą.) 4. Wiązka fotoów porusza się prostopadle do luster - powstaje fala stojąca.
Laser rubiowy Wyalezioy w latach 60-tych. Czyik roboczy: mookryształ rubiu czyli Al O 3 domieszkoway Cr. Pompowaie optycze poprzez awiiętą spiralie lampę błyskową Lustra a obu końcach kryształu. Laser światła czerwoego
Laser półprzewodikowy a) Dioda laserująca bez polaryzacji i b) spolaryzowaa apięciem rówym eergii wzbroioej półprzewodika. Waruek wystąpieia akcji laserowej: półprzewodiki zdegeerowae E FC E FV 0 apięcie polaryzujące rówe ~ przerwie wzbroioej
Iwersja obsadzeń w laserze półprzewodikowym E F CB Więcej elektroów w pasmie przew. (CB) w pobliżu E C Elektroy w CB ev E g E Fp VB Dziury w VB iż elektroów w pasmie walecyjym (VB) w pobliżu E V E F - E Fp = ev ev > E g ev apięcie w kier. Przewodzeia Iwersja obsadzeń staów w pobliżu E C i E V w obszarze złącza Jest to jedyie możliwe, gdy zdegeerowae złącze p- jest spolaryzowae w kieruku przewodzeia apięciem o eergii ev > E g TU Dresde 09..00
Laser półprzewodikowy
Elektroy i dziury w studiach kwatowych ( Eg E + Eg + Eh ).
Laser heterozłączowy Nośiki w studi potecjału Fotoy rówież w studi współczyika załamaia Nobel
Light Amplificatio by Stimulated Emissio of Radiatio (LASER) Markery owotworowe fluorescecja po oświetleiu światłem iebieskim komórek rakowych różi się od fluorescecji zdrowych komórek. Detekcja broi chemiczej i biologiczej - po oświetleiu światłem iebieskim pierwiastki zajdujące się w broi chemiczej i biologiczej fluoryzują. Lepsze drukarki drukarki laserowe a iebieskim laserze mają dwukrotie większą rozdzielczość Medycya/stomatologia skalpele, rozdrabiacze złogów i udrażiaie arterii, reowacja uszkodzoej rogówki i aczyń krwioośych w oku, utwardzaie wypełień w zębach. Zastos. militare aprowadzaie a cel Nauka Charakteryzacja materiałów i metrologia
Lasery-zastosowaie Większość współczesych dysków (CD i DVD) jest wykoywaa przy użyciu laserów a bazie GaAs, które emitują światło w czerwoym lub podczerwoym zakresie widma promieiowaia CD 700MB używa lasera a 780m DVD o pojemości 4.7GB - lasera a 640m. Niebieskie lasery o długości fali 405 m: Blu-ray i Advaced Optical Disc mają pojemość 3GB i 36GB. Krótsze fale umożliwiają zapis olbrzymiej ilości daych
Laser iebiesko-fioletowy TU Dresde 09..00
Materiały półprzewodikowe stosowae a LED i diody laserowe