Kvant kaskadli lazer Quantum cascade laser

Kvant kaskadli lazer - Quantum cascade laser

Kvant kaskadli lazerlar (QCL)

• Mavjud yarimo'tkazgichli lazerlar o'rtadan uzoqgacha chiqaradiganinfraqizil qismi elektromagnit spektr va birinchi bo'lib Jerom Faist tomonidan namoyish etilgan, Federiko Kapasso, Debora Sivko, Karlo Sirtori, Albert Xatchinson va Alfred Cho da Qo'ng'iroq laboratoriyalari 1994 yilda.
• Oddiy interbanddan farqli o'laroq yarimo'tkazgichli lazerlar bu chiqaradi elektromagnit nurlanish ning rekombinatsiyasi orqali elektron teshik juftlari material bo'ylab tarmoqli oralig'i, QCL'lar bir qutbli va lazer nurlari yordamida foydalanish orqali erishiladi tarmoqlararo o'tish takroriy yarim o'tkazgich stakasida kvant yaxshi heterostrukturalar, birinchi marta "Yarimo'tkazgichda elektromagnit to'lqinlarni kuchaytirish imkoniyati superlattice"R.F.Kazarinov va R.A. Suris tomonidan 1971 yilda.

Intersubband va interband transitions

An'anaviy yarimo'tkazgichli lazerlarda interbandli o'tish bitta foton chiqaradi.
Katta yarimo'tkazgich ichida kristall, elektronlar ikkita doimiy energiya bandining biridagi holatni egallashi mumkin - the valentlik diapazoni, past energiyali elektronlar va o'tkazuvchanlik diapazoni, yuqori energiyali elektronlar bilan siyrak joylashgan. Ikkala energiya polosalari energiya bandi oralig'i bilan ajralib turadi, unda elektronlarni egallashi uchun ruxsat etilgan holatlar mavjud emas.

• An'anaviy yarimo'tkazgichli lazerli diodlar bitta yorug'lik hosil qiladi foton Supero'tkazuvchilar diapazonidagi yuqori energiyali elektron a bilan qayta birikganda ajralib chiqadi teshik valentlik diapazonida Shuning uchun fotonning energiyasi va shu sababli lazer diodlarining emissiya to'lqin uzunligi ishlatilgan materiallar tizimining tarmoqli oralig'i bilan aniqlanadi.
• Ammo QCL optik faol hududida quyma yarimo'tkazgich materiallaridan foydalanmaydi. Buning o'rniga u a dan iborat davriy a hosil qiluvchi har xil material tarkibidagi yupqa qatlamlar qatori superlattice. Superlattice turli xillarni taqdim etadi elektr potentsiali qurilmaning uzunligi bo'ylab, ya'ni o'zgaruvchanligini anglatadi ehtimollik qurilma uzunligi bo'yicha turli pozitsiyalarni egallagan elektronlar. Bu deb nomlanadi bir o'lchovli ko'p kvant qudug'i qamoq va ruxsat etilgan energiya tasmasini bir qator diskret elektron pastki tasmalarga bo'linishiga olib keladi. Qatlam qalinligining mos dizayni bilan muhandislik qilish mumkin a aholi inversiyasi lazer nurlanishiga erishish uchun zarur bo'lgan tizimdagi ikkita pastki tarmoqli o'rtasida. Tizimdagi energiya darajalarining joylashuvi birinchi navbatda material emas, balki qatlam qalinligi bilan aniqlanganligi sababli, xuddi shu moddiy tizimda QCL-larning emissiya to'lqin uzunligini sozlash mumkin.

Kvant kaskadli tuzilmalarda elektronlar tarmoqlararo o'tishlarga o'tadilar va fotonlar ajralib chiqadi. Elektronlar tunnel strukturaning keyingi davriga o'tadi va jarayon takrorlanadi.
Bundan tashqari, yarimo'tkazgichli lazer diodalarida tarmoqlar oralig'i bo'ylab rekombinatsiyadan so'ng elektronlar va teshiklar yo'q qilinadi va foton hosil bo'lishida boshqa rol o'ynay olmaydi. Biroq, bir qutbli QCLda bir marta elektron tarmoqlararo o'tish jarayonidan o'tdi va a foton superlattsiyaning bir davrida u mumkin tunnel boshqa foton chiqarishi mumkin bo'lgan strukturaning keyingi davriga. Bitta elektronning bu jarayoni QCL tuzilishi orqali o'tayotganda ko'p sonli fotonlar chiqarilishini keltirib chiqaradi. kaskad va qiladi kvant samaradorligi mumkin bo'lgan birlikdan kattaroq, bu yarimo'tkazgichli lazer diodalariga qaraganda yuqori quvvatga olib keladi.