Lazer yuqori direktiv nurli nurli monoxromatik kogerent yorug'lik manbai hisoblanadi

3 .28-rasm - Optik nurlanishni kiritish va chiqarish uchun rodli linzalardan foydalanish
CtP tizimlari odatda past quvvatli diodlardan foydalanadi. Biroq, ular guruhlarga birlashtirilganda, tizimning umumiy quvvati 50% samaradorlik bilan yuzlab vattga yetishi mumkin. Odatda, yarimo'tkazgichli lazerlar maxsus sovutish tizimlaridan foydalanishni talab qilmaydi. Suvni intensiv sovutish faqat yuqori quvvatli qurilmalarda qo'llaniladi.
boshliq kamchilik yarimo'tkazgichli lazerlar - lazer nurining kesimida energiyaning notekis taqsimlanishi. Biroq, yaxshi narx-sifat nisbati tufayli yarimo'tkazgichli lazerlar yaqinda CtP tizimlarida ta'sir qilish manbalarining eng mashhur turiga aylandi.
Bugungi kunda to'lqin uzunligi bo'lgan infraqizil diodlar keng qo'llaniladi 670 Va 830 nm. Ular bilan jihozlangan qurilmalar orasida Lotem va Trendsetter (Creo); PlateRite (Dainippon Screen); Topsetter (Geydelberg); XPose! (Luscher); Hajmi (Presstech). Qurilmalarning ish faoliyatini yaxshilash uchun ta'sir qilish diodli matritsa tomonidan amalga oshiriladi. Minimal nuqta o'lchami odatda 10-14 mikron oralig'ida. Shu bilan birga, IR diodlari maydonining sayoz chuqurligi qo'shimcha nurni tuzatish operatsiyalaridan foydalanishni talab qiladi. IQ diodlarining afzalliklaridan biri kun yorug'ida plitalarni yuklash imkoniyatini ta'kidlash mumkin.
So'nggi paytlarda CtP qurilmalarining ko'plab modellarida to'lqin uzunligi 405 nm bo'lgan binafsha rangli lazerli diod ishlatiladi. Yarimo'tkazgichli binafsha lazer sanoatda nisbatan yaqinda qo'llanilgan. Uning joriy etilishi DVD texnologiyasining rivojlanishi bilan bog'liq. Tez orada yangi nurlanish manbai kompyuterdan plastinkaga o'tish tizimlarida qo'llanila boshlandi. Violet lazerli diodlar arzon, bardoshli va plitalarning nusxa ko'chirish qatlamlariga ta'sir qilish uchun etarli radiatsiya energiyasiga ega. Biroq, qisqa to'lqin uzunligi emissiyasi tufayli lazer juda injiq ishlaydi va yozish plitasi yuzasining sifati va optikaning holati yozuv sifatiga katta ta'sir qiladi. Binafsha rangli lazer ta'sir qilish plitalari sariq yorug'lik ostida o'rnatilishi mumkin. Hozirgi vaqtda binafsha lazer quyidagi qurilmalarda qo'llaniladi: Palladio (Agfa); Mako 2 (ECRM); Luxel V/Vx (Fuji Film); Prosetter (Geydelberg); PlateDriver (Esko-Graphics).
Uzoq to'lqinli yarimo'tkazgich va LED manbalaridan foydalanish FNA qurilish sxemasini sezilarli darajada soddalashtiradi. Biroq, bu manbalar kam quvvatga ega va bu "yumshoq" nuqtaga olib keladi, uning maydoni shakl materialiga ko'chirilganda kamayadi. Ushbu lazerlarning to'lqin uzunligi 660 nm (qizil) dan 780 nm (infraqizil) gacha.

federal davlat byudjeti
ta'lim muassasasi

kurs dizayni

mavzu bo'yicha:
"Yarimo'tkazgichli lazer"
Bajarildi:
talaba gr. REB-310
Vasilev V.F.
Tekshirildi:
Dotsent, t.f.n. Shkaev A.G.
Omsk 2012 yil
federal davlat byudjeti
ta'lim muassasasi
oliy kasbiy ta'lim
"Omsk davlat texnika universiteti"
“Elektron uskunalar texnologiyasi” kafedrasi
Mutaxassisligi 210100.62 - "Sanoat elektronikasi"
Vazifa
Intizom bo'yicha kurs dizayni uchun
"Qattiq holat elektroniği"
EW-310 guruhi talabasi Vasilev Vasiliy Fedotovich
Loyiha mavzusi: "Yarim o'tkazgich lazer"
Loyihani yakunlashning oxirgi muddati - 2012 yil 15 hafta.
Kurs loyihasining mazmuni:
Tushuntirish eslatmasi.
Grafik qismi.
Hisob-kitob va tushuntirish xatining mazmuni:
Texnik vazifa.
Izoh.
Tarkib.
Kirish.
Tasniflash
Ishlash printsipi
Tarmoqli diagrammalar muvozanat holatida va tashqi egilish bilan.
LEDlarning joriy kuchlanish xarakteristikasining analitik va grafik tasviri.
Oddiy kommutatsiya sxemasining ishlashini tanlash va tavsifi
Tanlangan sxemaning elementlarini hisoblash.
Xulosa.
Bibliografik ro'yxat.
Ilova.
Topshiriq berilgan sana 2012 yil 10 sentyabr
Loyiha rahbari _________________ Shkaev A.G.
Vazifa 2012-yil 10-sentabrda ijroga qabul qilingan.
EW-310 guruhi talabasi _________________ Vasilev V.F.
izoh
Ushbu kurs ishida yarimo'tkazgichli lazerlarning ishlash printsipi, qurilmasi va qo'llanilishi ko'rib chiqiladi.
Yarimo'tkazgichli lazer - bu yarimo'tkazgichni ishchi vosita sifatida ishlatadigan qattiq holatdagi lazer.
Kurs ishi A4 varaqda, 17 bet hajmda bajarilgan, 6 ta rasm va 1 ta jadvaldan iborat.
Kirish
1. Tasniflash
2. Ishlash printsipi
3. Muvozanat holatidagi va tashqi egilishli tarmoqli diagrammalar
4. Oqim kuchlanishining xarakteristikasining analitik va grafik tasviri
5. Odatdagi kommutatsiya sxemasining ishlashini tanlash va tavsifi
6. Tanlangan sxema elementlarini hisoblash
7. Xulosa
8. Bibliografik ro'yxat
9. Ilova
Kirish
Ushbu kurs ishi yarimo'tkazgichli lazerlarning ishlash printsipi, qurilmasi va qo'llanilishini ko'rib chiqadi.
"Lazer" atamasi nisbatan yaqinda paydo bo'lgan, ammo u uzoq vaqt oldin mavjud bo'lganga o'xshaydi, shuning uchun u keng qo'llanila boshlandi. Lazerlarning paydo bo'lishi kvant elektronikasining eng ajoyib va ​​ta'sirchan yutuqlaridan biri bo'lib, fanning 1950-yillarning o'rtalarida paydo bo'lgan tubdan yangi yo'nalishdir.
Lazer (inglizcha laser, inglizcha laser, inglizcha yorug'likni kuchaytirish orqali radiatsiya stimulyatsiyasi - nurni kuchaytirish orqali nurlanish stimulyatsiya qilingan nurlanish), optik kvant generatori nasos energiyasini (yorug'lik, elektr, issiqlik, kimyoviy va boshqalar) ga aylantiruvchi qurilma. kogerent energiya, monoxromatik, qutblangan va tor yo'naltirilgan nurlanish oqimi
Majburiy o'tish mexanizmidan foydalangan holda birinchi marta elektromagnit nurlanish generatorlari 1954 yilda sovet fiziklari A.M. Proxorov va N.G. Basov va amerikalik fizik C. Townes 24 gigagertsli chastotada. Ammiak faol vosita bo'lib xizmat qildi.
Optik diapazonning birinchi kvant generatori 1960 yilda T. Meyman (AQSh) tomonidan yaratilgan. Inglizcha “LightAmplificationbystimulated emissionofradiation” (Light amplification by stimulated emission) iborasining asosiy komponentlarining bosh harflari yangi qurilma nomini tashkil qildi - lazer. U radiatsiya manbai sifatida sun'iy yoqut kristalidan foydalangan, generator impulsli rejimda ishlagan. Bir yil o'tgach, doimiy emissiyali birinchi gaz lazeri paydo bo'ldi (Javan, Bennett, Eriot - AQSh). Va bir yil o'tgach, yarimo'tkazgichli lazer bir vaqtning o'zida SSSR va AQShda yaratildi.
Lazerlarga e'tiborning tez o'sishining asosiy sababi, birinchi navbatda, ushbu qurilmalarning o'ziga xos xususiyatlaridadir.
Lazerning o'ziga xos xususiyatlari:
monoxromatik (qat'iy monoxromatiklik),
yuqori kogerentlik (tebranishlarning mustahkamligi),
yorug'lik nurlanishining keskin yo'nalishi.
Lazerlarning bir nechta turlari mavjud:
yarimo'tkazgich
qattiq holat
gaz
yoqut
Tasniflash
Ikki tomonlama heterostrukturali lazerlar
Ushbu qurilmalarda torroq tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan material qatlami kengroq tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan ikki qatlamli material orasiga o'rnatiladi. Ko'pincha galliy arsenid (GaAs) va alyuminiy galyum arsenid (AlGaAs) ikkita heterostrukturaga asoslangan lazerni amalga oshirish uchun ishlatiladi. Ikki xil yarimo'tkazgichning har bir birikmasi geterostruktura deb ataladi va qurilma "ikkita heterostrukturali diod" (DHS) deb ataladi. Ingliz adabiyotida "ikkita heterostrukturali lazer" yoki "DH lazer" nomlari qo'llaniladi. Maqolaning boshida tasvirlangan dizayn bugungi kunda keng qo'llaniladigan ushbu turdagi farqlarni ko'rsatish uchun "homojunction diode" deb ataladi.
Ikki tomonlama heterostrukturali lazerlarning afzalligi shundaki, elektronlar va teshiklarning birgalikda yashash hududi ("faol hudud") nozik o'rta qatlamda joylashgan. Bu shuni anglatadiki, ko'proq elektron-teshik juftlari daromadga hissa qo'shadi - ularning ko'pi past daromadli mintaqada periferiyada qolmaydi. Bundan tashqari, yorug'lik hetero-birikmalarning o'zidan aks etadi, ya'ni nurlanish maksimal samarali kuchaytirish mintaqasida to'liq o'ralgan bo'ladi.
kvant quduqli diod
Agar DHS diodining o'rta qatlami yanada nozikroq bo'lsa, bunday qatlam kvant qudug'i sifatida ishlay boshlaydi. Bu shuni anglatadiki, vertikal yo'nalishda elektronlar energiyasi kvantlana boshlaydi. Kvant quduqlarining energiya darajalari orasidagi farq potentsial to'siq o'rniga radiatsiya hosil qilish uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu yondashuv radiatsiya to'lqin uzunligini boshqarish nuqtai nazaridan juda samarali, bu o'rta qatlamning qalinligiga bog'liq bo'ladi. Emissiya jarayonida ishtirok etadigan elektronlar va teshiklarning zichligiga bog'liqligi bir xil taqsimotga ega bo'lganligi sababli, bunday lazerning samaradorligi bir qatlamli lazerga nisbatan yuqori bo'ladi.
Alohida chegaralangan heterostrukturali lazerlar
Yupqa qatlamli heterostrukturali lazerlarning asosiy muammosi yorug'likni samarali ravishda cheklashning mumkin emasligidir. Uni engish uchun kristallning har ikki tomoniga yana ikkita qatlam qo'shiladi. Bu qatlamlar markaziy qatlamlarga nisbatan kamroq sinishi indeksiga ega. Bu yorug'lik yo'riqnomasiga o'xshash struktura yorug'likni yanada samarali saqlaydi. Ushbu qurilmalar "alohida qamoqqa olingan heterostruktura" (SCH) geterostrukturalari deb ataladi.
1990 yildan beri ishlab chiqarilgan yarimo'tkazgichli lazerlarning aksariyati ushbu texnologiya yordamida ishlab chiqariladi.
Tarqalgan qayta aloqa lazerlari
Taqsimlangan qayta aloqa (DFB) lazerlari ko'p chastotali optik tolali aloqa tizimlarida eng ko'p qo'llaniladi. To'lqin uzunligini barqarorlashtirish uchun p-n o'tish hududida ko'ndalang tirqish hosil bo'lib, diffraktsiya panjarasini hosil qiladi. Ushbu tirqish tufayli faqat bitta to'lqin uzunligi bo'lgan nurlanish rezonatorga qaytadi va keyingi kuchaytirishda ishtirok etadi. DFB lazerlari barqaror nurlanish to'lqin uzunligiga ega bo'lib, u ishlab chiqarish bosqichida chuqurlik balandligi bilan belgilanadi, lekin harorat ta'sirida biroz farq qilishi mumkin. Bunday lazerlar zamonaviy optik telekommunikatsiya tizimlarining asosi hisoblanadi.
VCSEL
VCSEL - "Vertical Cavity Surface Emitting Laser" yarimo'tkazgichli lazer bo'lib, sirtga parallel ravishda tekislikda chiqaradigan an'anaviy lazer diodlaridan farqli o'laroq, kristall yuzasiga perpendikulyar yo'nalishda yorug'lik chiqaradi.
VECSEL
VECSEL - "Vertikal tashqi bo'shliq sirtini chiqaradigan lazer". Dizayni VCSEL ga o'xshash, ammo tashqi rezonator bilan. Bu oqim bilan ham, optik nasos bilan ham amalga oshirilishi mumkin.
Ishlash printsipi
An'anaviy diodaning anodiga ijobiy potentsial qo'llanilganda, diod oldinga egilgan deyiladi. Bunday holda, p-mintaqadagi teshiklar p-n o'tishning n-hududiga, n-hududidan elektronlar esa yarimo'tkazgichning p-hududiga AOK qilinadi. Agar elektron va teshik "yaqin" bo'lsa (tunnel qilish mumkin bo'lgan masofada), ular ma'lum bir to'lqin uzunlikdagi foton (energiya saqlanishi tufayli) va fonon shaklida energiya chiqishi bilan qayta birlashishi mumkin. impulsning saqlanishi tufayli, chunki foton impulsni olib ketadi) . Bu jarayon spontan emissiya deb ataladi va LEDlarda nurlanishning asosiy manbai hisoblanadi.
Biroq, ma'lum sharoitlarda, elektron va rekombinatsiyadan oldingi teshik kosmosning bir mintaqasida juda uzoq vaqt (mikrosekundlargacha) bo'lishi mumkin. Agar hozirgi vaqtda kerakli (rezonansli) chastotali foton fazoning ushbu hududidan o'tsa, u ikkinchi fotonning chiqishi bilan majburiy rekombinatsiyaga olib kelishi mumkin va uning yo'nalishi, polarizatsiya vektori va fazasi birinchisining bir xil xususiyatlariga to'liq mos keladi. foton.
Lazerli diodda yarimo'tkazgichli kristall juda nozik to'rtburchaklar plastinka shaklida amalga oshiriladi. Bunday plastinka asosan optik to'lqin o'tkazgich bo'lib, bu erda nurlanish nisbatan kichik bo'shliqda cheklangan. Kristalning yuqori qatlami n-mintaqani hosil qilish uchun doplanadi va pastki qatlamda p-mintaqasi hosil bo'ladi. Natijada katta maydonning tekis p-n birikmasi hosil bo'ladi. Kristalning ikki tomoni (uchlari) silliq parallel tekisliklarni hosil qilish uchun silliqlanadi, ular Fabri-Perot rezonatori deb ataladigan optik rezonatorni hosil qiladi. Ushbu tekisliklarga perpendikulyar bo'lgan o'z-o'zidan emissiyaning tasodifiy fotonlari butun optik to'lqin o'tkazgichdan o'tadi va u chiqishdan oldin uchidan bir necha marta aks etadi. Rezonator bo'ylab o'tib, u stimulyatsiya qilingan rekombinatsiyaga olib keladi, bir xil parametrlarga ega bo'lgan ko'proq fotonlarni yaratadi va nurlanish kuchayadi (rag'batlantiruvchi emissiya mexanizmi). Daromad yo'qotishdan oshib ketishi bilan lazerni yaratish boshlanadi.
Lazerli diodlar bir necha turdagi bo'lishi mumkin. Ularning asosiy qismida qatlamlar juda nozik holga keltiriladi va bunday struktura faqat bu qatlamlarga parallel yo'nalishda radiatsiya hosil qilishi mumkin. Boshqa tomondan, agar to'lqin uzunligi bilan solishtirganda to'lqin qo'llanmasi etarlicha keng bo'lsa, u allaqachon bir nechta transvers rejimlarda ishlashi mumkin. Bunday diyot multi-mode (inglizcha "multi-mode") deb ataladi. Bunday lazerlardan foydalanish qurilmadan yuqori radiatsiya quvvati talab qilinadigan va nurning yaxshi konvergentsiyasi sharti o'rnatilmagan (ya'ni uning sezilarli darajada tarqalishiga ruxsat berilgan) hollarda mumkin. Bunday qo'llash sohalari: printerlar, kimyo sanoati, boshqa lazerlarni pompalash. Boshqa tomondan, agar nurni yaxshi fokuslash kerak bo'lsa, to'lqin o'tkazgichning kengligi radiatsiya to'lqin uzunligi bilan solishtirilishi kerak. Bu erda nurning kengligi faqat diffraktsiya tomonidan qo'yilgan chegaralar bilan aniqlanadi. Bunday qurilmalar optik xotira qurilmalarida, lazerli belgilarda, shuningdek, tolali texnologiyada qo'llaniladi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, bunday lazerlar bir nechta uzunlamasına rejimlarni qo'llab-quvvatlay olmaydi, ya'ni ular bir vaqtning o'zida turli to'lqin uzunliklarida nur chiqara olmaydi.
Lazerli diodaning radiatsiya to'lqin uzunligi yarimo'tkazgichning p- va n-mintaqalari energiya darajalari orasidagi tarmoqli bo'shlig'iga bog'liq.
Nurlantiruvchi element juda nozik bo'lganligi sababli, diodaning chiqishidagi nur diffraktsiya tufayli deyarli darhol ajralib chiqadi. Ushbu ta'sirni qoplash va nozik nurni olish uchun birlashtiruvchi linzalardan foydalanish kerak. Silindrsimon linzalar ko'pincha multimodli keng lazerlar uchun ishlatiladi. Yagona rejimli lazerlar uchun nosimmetrik linzalardan foydalanganda nurlar kesimi elliptik bo'ladi, chunki vertikal tekislikdagi divergensiya gorizontaldagi farqdan oshib ketadi. Bu lazer ko'rsatgich nuri misolida eng aniq ko'rinadi.
Yuqorida tavsiflangan eng oddiy qurilmada optik rezonatorning qiymat xarakteristikasi bundan mustasno, bitta to'lqin uzunligini ajratib bo'lmaydi. Biroq, bir nechta uzunlamasına rejimlarga ega bo'lgan qurilmalarda va etarlicha keng chastota diapazonida nurlanishni kuchaytirishga qodir bo'lgan materiallarda bir nechta to'lqin uzunliklarida ishlash mumkin. Ko'p hollarda, shu jumladan, eng ko'zga ko'ringan lazerlar, ular bitta to'lqin uzunligida ishlaydi, ammo bu kuchli beqarorlikka ega va ko'plab omillarga bog'liq - joriy kuchning o'zgarishi, atrof-muhit harorati va boshqalar So'nggi yillarda eng oddiy lazer dizayni. Yuqorida tavsiflangan diod ko'plab yaxshilanishlarga duch keldi, shuning uchun ularga asoslangan qurilmalar zamonaviy talablarga javob berishi mumkin.
Muvozanat holatidagi va tashqi yon ta'sir ostidagi tarmoqli diagrammalar
P-n o'tish joyidagi oldinga egilish elektr tokini ta'minlash uchun etarlicha katta bo'lganda
biz o'tkazuvchanlik zonasi (yoki valentlik bandi orqali teshiklar) orqali tarqalamiz, oqim oqimining in'ektsiya xarakteri sodir bo'ladi (1-rasmga qarang).
Guruch. 1: p-n o'tishning tarmoqli diagrammasi: a) egilishsiz, b) musbat moyillik bilan.
Tokning chegaraviy zichligini kamaytirish uchun heterostrukturalarga asoslangan lazerlar amalga oshirildi (bitta hetero-birikma bilan – n-GaAs–pGe, p-GaAs–nAlxGa1-xAs; ikkita hetero-birikma bilan – n-AlxGa1-xAs – p-GaAs – p-Ga- AlxGa1-xAs.Geterobog'lanishdan foydalanish engil qo'shilgan lazer diodli emitter bilan bir tomonlama in'ektsiyani amalga oshirish va chegara tokini sezilarli darajada kamaytirish imkonini beradi.Sxematik ravishda, bunday lazerning ikki tomonlama heterobirikmali tipik konstruktsiyalaridan biri quyidagi rasmda ko'rsatilgan. 1-rasm. Ikki geterobirikmaga ega strukturada tashuvchilar faol d hududi ichida to`plangan bo`lib, har ikki tomondan potentsial to`siqlar bilan chegaralangan nurlanish ham uning chegarasidan tashqariga sinish ko`rsatkichining sakrashga o`xshash kamayishi tufayli shu hudud bilan chegaralanadi. Bu cheklovlar stimulyatsiya qilingan nurlanishning kuchayishiga va shunga mos ravishda pol zichligining pasayishiga yordam beradi.Hetero-birikma hududida to'lqin o'tkazuvchi effekt paydo bo'ladi va lazer nurlanishi geterobirikmaga parallel ravishda tekislikda sodir bo'ladi.
1-rasm
Ikki tomonlama heterobog'lanishga asoslangan yarimo'tkazgichli lazerning diagrammasi (a, b, c) va tuzilishi (d)
a) lazerli juft n–p–p+ geterostrukturada qatlamlarning almashinishi;
b) nol kuchlanishdagi er-xotin heterostrukturaning tarmoqli diagrammasi;
c) lazerli nurlanish hosil bo'lishining faol rejimida lazer qo'sh geterostrukturasining tarmoqli diagrammasi;
d) lazer diodining qurilmasi Al0.3Ga0.7As (p) - GaAs (p) va GaAs (n) - Al0.3Ga0.7As (n), faol mintaqa GaAs (n) qatlamidir.
Faol hudud qalinligi atigi 0,1-0,3 mkm bo'lgan n-GaAs qatlamidir. Bunday tuzilmada, bir gomojunctionga asoslangan qurilma bilan solishtirganda, chegara oqim zichligini deyarli ikki darajaga (~ 103 A / sm2) kamaytirish mumkin edi. Natijada, lazer xona haroratida uzluksiz ishlay oldi. Eshik oqimi zichligining pasayishi optsionning mavjudligi sababli sodir bo'ladi
va hokazo.................