wyk ad ix n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Wykład IX PowerPoint Presentation
Download Presentation
Wykład IX

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 19

Wykład IX - PowerPoint PPT Presentation


  • 161 Views
  • Uploaded on

Wykład IX. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) laser półprzewodnikowy. Emisja spontaniczna i wymuszona. Emisja spontaniczna. Fotony emitowane są we wszystkich kierunkach z jednakowym prawdopodobieństwem w przypadkowych chwilach.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Wykład IX' - chapa


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
wyk ad ix
Wykład IX

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)

laser półprzewodnikowy

slide2

Emisja spontaniczna i wymuszona

Emisja spontaniczna

  • Fotony emitowane są we wszystkich kierunkach z jednakowym prawdopodobieństwem w przypadkowych chwilach.
  • Emitowana fala elektromagnetyczna nie jest spójna.

Emisja wymuszona

  • Wymuszający i emitowany foton mają takie same :
  • częstotliwość
  • kierunek
  • fazę
  • Emitowana fala jest spójna
slide3

E2

E1

Inwersja obsadzeń

W przypadku wzbudzeń termicznych

W stanie równowagi termodynamicznej zawsze

EINSTEIN: Aby zaszła akcja laserowa konieczne jest inwersja obsadzeń:

W celu uzyskania inwersji obsadzeń układ musi być „pompowany”

Podstawowe metody pompowania:wyładowania elektryczne,pobudzanie optyczne

wstrzykiwanie nośników (złącze p-n).

slide4

E2

E1

Z równania Boltzmana

Przykład: T=3000 K E2-E1=2.0 eV

  • n1 - ilość elektronów na poziomie E1
  • n2 - ilość elektronów na poziomie E2
slide5

E2

E1

Współczynniki Einsteina

Prawdopodobieństwo absorpcji wymuszonej R1-2

R1-2 = r (n) B1-2

Proces emisji wymuszonej

R2-1 = r (n) B2-1 + A2-1

A 2-1 - proces emisji spontanicznej

Zał: n1 atomów w stanie e 1 i n2 atomów w stanie e 2 jest w równowadze w temperaturze T z polem promieniowania o gęstości r (n):

n1 R1-2 = n2 R2-1 n1r (n) B1-2 = n2 (r (n) B2-1 + A2-1)

Stąd r (n)

slide6

Względna liczba cząstek na dany stan:

  • r (n) = =

gęstość widmowa promieniowania CDC (prawo Plancka)

B1-2/B2-1 = 1

slide7

Stosunek A2-1 prawdopodobieństwa emisji spontanicznej do prawdopodobieństwa emisji wymuszonej B2-1r(n ):

  • Energia hn fotonów światła widzialnego zawiera się w granicach 1.6eV – 3.1eV.
  • kT w temperaturze 300K ~ 0.025eV.
  • Dopiero gdy hn /kT <<1 emisja wymuszona może być dominująca. I tak np. w zakresie mikrofalowym hn <0.0015eV.
  • W ogólności częstość emisji do częstości absorpcji x jest dana wzorem:
  • jeśli hn /kT <<1.

x~ n2/n1

slide8

E3

szybkie przejścia

Przebieg akcji laserowej

E2

akcja laserowa

relacja nieoznaczoności Heisenberga:

E1

  • pompowanie optyczne obsadza szeroki poziom E3 o krótkim czasie życia, rzędu 10-8s; poziomy: metastabilny i podstawowy są wąskie
  • -  elektrony przechodzą z pasma wzbudzonego na poziom metastabilny igromadzą się: inwersja obsadzeń.
  • -   emisja wymuszona. (Wystarczy aby jeden elektron opuścił stan metastabilny w procesie emisji spontanicznej. Powstający foton zapoczątkuje emisję wymuszoną.)
  • Wiązka fotonów porusza się prostopadle do luster - powstaje fala stojąca.
slide9

Laser rubinowy

  • Wynaleziony w latach 60-tych.
  • Czynnik roboczy: monokryształ rubinu czyli Al2O3 domieszkowanyCr.
  • Pompowanie optyczne poprzez nawiniętą spiralnie lampę błyskową
  • Lustra na obu końcach kryształu.
  • Laser światła czerwonego
laser p przewodnikowy
Laser półprzewodnikowy

a) Dioda laserująca bez polaryzacji i b) spolaryzowana napięciem równym energii wzbronionej półprzewodnika.

Warunek wystąpienia akcji laserowej:

półprzewodniki zdegenerowane

napięcie polaryzujące równe ~ przerwie wzbronionej

inwersja obsadze w laserze p przewodnikowym
Inwersja obsadzeń w laserze półprzewodnikowym

Więcej elektronów w pasmie przew. (CB) w pobliżu EC

CB

EFn

Elektronyw CB

Eg

eV

niż elektronów w pasmie walencyjnym (VB) w pobliżu EV

Dziury w VB

EFp

VB

  • Inwersja obsadzeń stanów w pobliżu ECi EVw obszarze złącza
  • Jest to jedynie możliwe, gdy zdegenerowane złącze p-n jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia napięciem o energii eV > Eg

EFn-EFp = eV

eV > Eg

eV –napięcie w kier. Przewodzenia

TU Dresden 09.12.2010

slide14

Nośniki w studni potencjału

Fotony również w „ studni” współczynnika załamania

Nobel

light amplification by stimulated emission of radiation laser
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)
  • Markery nowotworowe –fluorescencja po oświetleniu światłem niebieskim komórek rakowych różni się od fluorescencji zdrowych komórek.
  • Detekcja broni chemicznej i biologicznej -po oświetleniu światłem niebieskim pierwiastki znajdujące się w broni chemicznej i biologicznejfluoryzują.
  • Lepsze drukarki –drukarki laserowe na niebieskim laserze mają dwukrotnie większą rozdzielczość
  • Medycyna/stomatologia –skalpele, rozdrabniacze złogów i udrażnianie arterii, renowacja uszkodzonej rogówki i naczyń krwionośnych w oku, utwardzanie wypełnień w zębach.
  • Zastos. militarne – naprowadzanie na cel
  • Nauka – Charakteryzacja materiałów i metrologia
lasery zastosowanie
Lasery-zastosowanie
  • Większość współczesnych dysków (CD i DVD) jest wykonywana przy użyciu laserów na bazie GaAs, które emitują światło w czerwonym lub podczerwonym zakresie widma promieniowania
  • CD≈ 700MBużywa lasera na 780nm
  • DVD o pojemności 4.7GB - lasera na ≈ 640nm.
  • Niebieskie laseryo długości fali ≈ 405 nm: Blu-ray i Advanced Optical Disc mają pojemność 23GBi 36GB.
  • Krótsze fale umożliwiają zapis olbrzymiej ilości danych
laser niebiesko fioletowy
Laser niebiesko-fioletowy

TU Dresden 09.12.2010