Actualités et informations sur le laser

Vulgarisation de la technologie laser

La technologie laser a été introduite en 1960 et est une sorte de lumière qui est renforcée par la stimulation du rayonnement. Les lasers sont largement utilisés en raison de leur bonne monochromie, de leur directivité élevée et de leur forte luminosité. Le principe de la technologie laser est le suivant: lorsque l'énergie de la lumière ou du courant frappe une certaine substance excitée telle qu'un cristal ou un atome, l'électron de l'atome atteint l'état d'énergie élevée excité lorsque ces électrons reviennent à un état d'énergie faible et calme. L'atome émettra des photons pour libérer l'énergie excédentaire; alors, les photons émis vont frapper d'autres atomes, déclencher plus d'atomes pour produire des photons, déclencher une série de "réactions en chaîne", et tous se déplacer vers le même côté. , formant une lumière forte et concentrée dans une certaine direction. Ce type de lumière est appelé un laser. Le laser est presque une onde lumineuse monochromatique avec une gamme de fréquences très étroite et une concentration énergétique élevée dans une direction étroite. Par conséquent, divers matériaux peuvent être perforés par le faisceau laser focalisé. Les lasers ont un large éventail d'applications en raison de cette propriété.

Un laser à semi-conducteur est une source de rayonnement cohérente. Pour lui permettre de produire un laser, trois conditions de base doivent être remplies:

1. Condition de gain: établir la distribution inverse des porteurs dans le milieu d'émission laser (région active). L'énergie des électrons dans le semi-conducteur est composée d'une série de bandes d'énergie proches des niveaux d'énergie continus, donc dans le semiconducteur. Afin de réaliser l'inversion de population, il est nécessaire d'avoir un grand nombre d'électrons au bas de la basse énergie. bande de valence entre les deux régions de bande d'énergie, qui est beaucoup plus grande que le nombre de trous au sommet de la bande de valence à basse énergie. L'hétérojonction est polarisée en direct et les porteurs nécessaires sont injectés dans la couche active. Les électrons sont excités d'une bande de valence d'énergie inférieure à une bande de conduction d'énergie plus élevée. Lorsqu'un grand nombre d'électrons dans un état dans lequel le nombre de particules est inversé sont combinés avec des trous, une émission stimulée est générée.

2. Pour obtenir le rayonnement stimulé cohérent, le rayonnement stimulé doit être renvoyé plusieurs fois dans la cavité optique pour former une oscillation laser. La cavité du laser est formée par le plan de clivage naturel du cristal semiconducteur en tant que miroir, habituellement. L'extrémité qui n'émet pas de lumière est plaquée avec un film diélectrique multicouche inverse élevé, et la surface électroluminescente est plaquée avec un anti -le film de réflexion. Pour le laser à semi-conducteur à cavité F-p (cavité Fabry-Perot), il est commode d'utiliser le plan de clivage naturel perpendiculaire au plan de la jonction P-n pour former la cavité F-P.

3. Afin de former une oscillation stable, le milieu laser doit être capable de fournir un gain suffisamment important pour compenser la perte optique causée par la cavité et la perte causée par la sortie laser de la surface de la cavité, et augmenter continuellement la lumière champ dans la cavité. Ceci nécessite une injection de courant suffisamment forte, c'est-à-dire une inversion de population suffisante et plus le degré d'inversion de particules est élevé, plus le gain obtenu est important, c'est-à-dire l'exigence qu'une certaine condition de seuil de courant soit remplie. Lorsque le laser atteint le seuil, la lumière ayant une longueur d'onde spécifique peut résonner dans la cavité et être amplifiée, et finalement un laser est formé pour sortir en continu.

On peut voir que dans les lasers à semi-conducteurs, la transition dipolaire des électrons et des trous est un processus d'émission de lumière et d'amplification de la lumière. Pour les nouveaux lasers à semi-conducteurs, les puits quantiques sont actuellement reconnus comme la force motrice fondamentale pour le développement de lasers à semi-conducteurs. La question de savoir si les fils quantiques et les points quantiques peuvent utiliser pleinement les effets quantiques a été étendue à ce siècle. Les scientifiques ont essayé de fabriquer des points quantiques dans divers matériaux en utilisant des structures auto-organisatrices, et des points quantiques GaInN ont été utilisés dans des lasers à semi-conducteurs. En outre, les scientifiques ont également réalisé un autre type de laser à cascade quantique avec un rayonnement stimulé basé sur une transition d'un sous-niveau de la bande de conduction semiconductrice à un niveau inférieur de la même bande, puisque seuls les électrons de la bande conduisent. processus, donc c'est un appareil unipolaire.

La spectroscopie laser est une technique de spectroscopie utilisant le laser comme source de lumière. Il est principalement utilisé pour la spectroscopie moléculaire, la physique des plasmas, les applications scientifiques de la génération d'harmoniques d'ordre élevé, la surveillance de la pollution de l'air et le diagnostic du cancer. L'utilisation de lasers semi-conducteurs comme source de spectroscopie laser présente de nombreux avantages. Il a un faible volume, une faible consommation d'énergie, une longue durée de vie, une bonne coordination et un faible prix.

Les lasers à semi-conducteurs présentent les avantages suivants: petite taille, faible coût, longue durée de vie, sélectivité en longueur d'onde et puissance de sortie stable. Ils sont particulièrement adaptés aux dispositifs médicaux, et leurs applications cliniques couvrent presque tous les autres types d'applications laser. Par exemple, un laser à semi-conducteur proche infrarouge à faible puissance de 810 nm a une forte capacité de pénétration laser à cette longueur d'onde, et l'interstitiel réfractif a le moins d'absorption et un grand diamètre de point réglable. C'est la source de chaleur la plus couramment utilisée en ophtalmologie et peut être utilisée pour le traitement du glaucome et de l'injection d'huile de silicone. Pression intraoculaire réfractaire élevée postopératoire et photocoagulation et fixation de la rétine; Le laser à semi-conducteur de 810 nm peut être bien absorbé par la mélanine dans le follicule pileux, produisant des effets thermiques, détruisant les follicules pileux et complétant l'épilation; Les lasers à semi-conducteurs haute puissance sont également largement utilisés dans les tumeurs. Découpe laser, chirurgie de coagulation. Tous ces éléments protègent davantage la santé humaine.

Les lasers à semi-conducteurs sont également largement utilisés dans l'acquisition, la transmission, le stockage et le traitement d'informations, ainsi que dans l'affichage. Au 21ème siècle, avec le développement de la communication par fibre optique, la lumière laser à semi-conducteur comme source de lumière dans le système de communication par fibre optique est un composant clé et constitue la partie centrale de tout le système. La communication par fibre optique à courte distance utilise une fibre optique monomode et un laser à semi-conducteur avec une longueur d'onde de 130-150 nm. Array lasers à semi-conducteurs pour la communication spatiale. Le marché mondial de la communication par fibre optique offre de larges perspectives, de sorte que les perspectives du marché pour les lasers à semi-conducteurs sont également très bonnes.
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