Vật liệu và linh kiện bán dẫn laser bán dẫn

NỘI DUNG CHÍNH Đặt vấn đề Cấu tạo Nguyên lý hoạt động Tiếp xúc p-n Phương pháp chế tạo Ứng dụng Đặt vấn đề  Ánh sáng có từ lâu mà sinh vật chưa xuất giới Thế giới ánh sáng bao la huyền diệu Đó ánh sáng Mặt Trời, sao, lửa ánh đèn Ánh sáng đem lại sống cho người  Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển có nhiều nguồn sáng mà người tạo phục vụ cho nhu cầu ngày tăng Một thành tựu bật kỷ XX việc tạo laser (phát minh năm 1960) Đặt vấn đề  Laser rắn thường hoạt động với tần số hay vài tần số  Laser khí, đặc biệt laser khí phân tử phát lượng gồm số lớn bước sóng riêng biệt nằm phổ hẹp  Bức xạ chúng biến thiên điều khiển cách liên tục được, hay ta thường nói không điều hưởng Đặt vấn đề  Laser bán dẫn đời khắc phục nhược điểm Laser bán dẫn có kích thước nhỏ, chiều dài laser cỡ 0,1mm dễ dàng điều biến ánh sáng phát cách điều khiển điện áp nuôi diode laser  Hiệu suất laser bán dẫn cao, đạt đến 70% Trong đó, hiệu suất laser rắn cỡ 5-7%, laser khí cỡ 20% Đặt vấn đề  Laser bán dẫn cấu trúc từ lớp tiếp xúc p-n Nhược điểm tiếp xúc p-n thông thường bị ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ cao suất xạ ánh sáng Do để tăng cơng suất xạ người ta hạ nhiệt độ bán dẫn xuống nhiệt độ Heli lỏng (4,2K), nhiệt độ Nitơ lỏng (77K)  Để giải vấn đề người ta chế tạo laser bán dẫn với cấu trúc nhiều lớp phức tạp Cấu trúc lớp tiếp xúc dị thể LASER BÁN DẪN - CẤU TẠO Định nghĩa  Laser (Light Amplification by Stimulated Emisson of Radiation) khuếch đại ánh sáng xạ cưỡng 2.Cấu tạo  Một laser bán dẫn có cấu tạo tiếp xúc p-n có dạng hình hộp, chiều rộng cỡ 1-3mm, chiều cao cỡ 0,05mm đến 0,1mm, bề dày lớp tiếp xúc d cỡ micomet  Hai bên phẳng song song với có vai trò hai gương phản xạ giao thoa kế Fabry-Perot LASER BÁN DẪN - CẤU TẠO LASER BÁN DẪN - ĐẶC ĐIỂM  Laser bán dẫn: chuyển mức liên quan với cấu trúc vùng lượng  Laser thông thường: chuyển mức lượng xảy mức rời rạc  Kích thước nhỏ (chiều dài cỡ 0,1mm), vùng hoạt tính hẹp, độ phân kỳ chùm tia laser bán dẫn lớn nhiều so với laser rắn laser khí  Áp suất, nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến cấu trúc phổ laser  Laser bán dẫn, hiệu ứng laser tạo dòng qua tiếp xúc p-n dễ điều biến dòng thời gian sống photon bé nên điều chế tần số cao LASER BÁN DẪN - NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG  Một laser hoạt động cần có điều kiện sau :  Cần có mơi trường hoạt tính  Dùng phương pháp bơm để làm cho mơi trường trở thành mơi trường nghịch đảo mật độ đảo lộn  Cần dùng cấu để khuếch đại xạ phát Cơ cấu gọi buồng cộng hưởng LASER BÁN DẪN- NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG  Mơi trường hoạt tính môi trường bao gồm nguyên tử mà cấu trúc chúng có sẵn mức lượng nửa bền có khả tạo mức lượng nửa bền Mơi trường hoạt tính có khả phát xạ Laser  Bơm dùng tác nhân để kích thích ngun tử tạo môi trường mật độ đảo lộn  Môi trường mật độ đảo lộn môi trường chứa nguyên tử trạng thái kích thích nguyên tử kích thích số electron mức lượng cao nhiều số electron mức lượng thấp Bút trỏ laser Bút trỏ màu đỏ 635 nm – AlGaInP Bút trỏ lục Bút trỏ lục • Dùng Laser rắn với Laser bán dẫn làm nguồn bơm • Bút trỏ màu lục cho Laser tần số 532nm • Sử dụng nguồn bơm laser GaAlAs với bước sóng 808 nm qua mơi trường hoạt tính (Nd:YAG) (Nd:YVO4) cho Laser có bước sóng vùng màu lục Bút trỏ lam • Có thể dùng trực tiếp laser bán dẫn InGaN phát bước sóng cỡ 450nm • Hoặc dùng hệ thống Laser bán dẫn làm nguồn bơm cho Nd:YAG Nd:YVO4, cho bước sóng cỡ 473nm • Laser màu lam đắt Máy chiếu Laser Cơ chế máy chiếu thông thường, việc phối ba màu RGB, tạo hình ảnh chiếu Dùng Laser bán dẫn thu gọn kích cỡ máy chiếu tích hợp trọng Iphone có máy chiếu cơng suất cao có độ phân giải lớn Máy chiếu laser • Hình ảnh hình 100 inches chiếu máy chiếu Laser Sanyo Quang phổ kế hấp thụ dùng laser bán dẫn điều chỉnh (TDLAS) • Thường dùng InGaAsP/InP (điều chỉnh từ 900 nm đến 1.6 µm), InGaAsP/InAsP (điều chỉnh từ 1.6 µm đến 2.2 µm) để làm nguồn sáng, sau đo quang phổ hấp thụ mẫu vật Máy phát nồng độ Methan dùng quang phổ kế hấp thụ Laser Dùng nguồn sáng kính hiển vi huỳnh quang • Laser Diod 405 nm 30 mW dùng cho thuốc nhuộm huỳnh quang dải quang phổ gần tia UV (cực tím) Ví dụ:  DAPI, Hoechst • Dùng đồng thời thuốc nhuộm huỳnh quang dải quang phổ xanh (kích thích: 458/477 488 nm; GFP, CFP, Lucifer Yellow • Kính hiển vi huỳnh quang GHI BẢN TRỰC TIẾP VỚI LASER HỒNG NGOẠI VÀ BẢN NHIỆT - Kỹ thuật ghi nhiệt với laser hồng ngoại có bước sóng 830 nm có q trình hình thành phát triển lâu dài với hãng tiên phong Creo mà ngày Kodak • Ghi với trống ngoại • Các nguồn sáng laser nhiệt dùng chủ yếu laser diode hay laser bán dẫn có bước sóng 830 nm hoạt động hai chế độ liên tục hay xung Thiết bị laser bán dẫn châm cứu 10 đầu châm - Là thiết bị châm cứu tia Laser, đuợc chế tạo theo công nghệ kỹ thuật số , thiết bị có 10 kênh đầu với 10 đầu châm riêng biệt có tần số kích thích sinh học điều chỉnh từ 3Hz đến ≥128Hz - Phương pháp dựa hiệu ứng tác động bước sóng ánh sáng khác lên thể sống - Người ta chứng minh ánh đỏ vùng khả kiến ánh sáng vùng hồng ngoại có 24 thay đổi mức tế bào CHÂN THÀNH CẢM ƠN QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE ...  Laser bán dẫn đời khắc phục nhược điểm Laser bán dẫn có kích thước nhỏ, chiều dài laser cỡ 0,1mm dễ dàng điều biến ánh sáng phát cách điều khiển điện áp nuôi diode laser  Hiệu suất laser bán. .. gương phản xạ giao thoa kế Fabry-Perot LASER BÁN DẪN - CẤU TẠO LASER BÁN DẪN - ĐẶC ĐIỂM  Laser bán dẫn: chuyển mức liên quan với cấu trúc vùng lượng  Laser thông thường: chuyển mức lượng xảy... tính hẹp, độ phân kỳ chùm tia laser bán dẫn lớn nhiều so với laser rắn laser khí  Áp suất, nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến cấu trúc phổ laser  Laser bán dẫn, hiệu ứng laser tạo dòng qua tiếp xúc