Diode laser

Une diode laser est un laser où le milieu actif est un semi-conducteur semblable à cela trouvé dans une diode électroluminescente . Le type le plus commun et le plus pratique de diode laser est formé d'une jonction du PN et actionné par le courant électrique injecté par de . Ces dispositifs désigné parfois sous le nom des diodes lasers d'injection de pour les distinguer optiquement des diodes lasers de pompées par , qui plus facilement sont produites dans le laboratoire.

Principe de fonctionnement

Une diode laser, comme beaucoup d'autres dispositifs de semi-conducteur, est constituée par le enduisant très un sur couche mince sur la surface d'une gaufrette en cristal. Le cristal est enduit pour produire un n-type région de et un p-type la région de , une de au-dessus de l'autre, ayant pour résultat un p - jonction du n , ou diode .

Les nombreux, beaucoup de types de lasers de diode connus aujourd'hui forment collectivement un sous-ensemble de la classification plus grande du p - diodes à jonction de semi-conducteur du n . Juste comme dans le tout p de semi-conducteur de - la diode à jonction du n , polarisation électrique vers l'avant cause les deux espèces du porteur, des trous et des électrons de charge, être " ; injected" ; des côtés opposés du p - jonction du n dans la région d'épuisement, situés à son coeur. Des trous sont injectés du p - enduit, et des électrons du n - enduits, semi-conducteur. (Région d'épuisement d'A, exempte de tous les porteurs de charge, formes automatiquement et inévitablement en raison de la différence dans le potentiel chimique entre le n - et le p - dactylographier les semi-conducteurs où jamais ils sont en contact physique.) Car l'injection de charge est un dispositif de distinction des lasers de diode par rapport à tous autres lasers, les lasers de diode sont " traditionnellement et plus formellement appelé ; injection lasers." ; (Cette terminologie différencie des lasers de diode, par exemple, des lasers à état solide flashlamp-pompés tel que le laser à rubis. Intéressant, tandis que le " de limite ; plein-state" ; était extrêmement convenable en différenciant l'électronique du semi-conducteur 1950s-era de premières générations de l'électronique de vide, il n'aurait pas été proportionnée pour donner clairement les caractéristiques uniques la définition des lasers du semi-conducteur 1960s-era.) Quand un électron et un trou sont présents dans la même région, ils peuvent recombiner ou " ; annihilate" ; avec le résultat étant émission spontanée - c., l'électron peut réoccuper l'état d'énergie du trou, émettant un photon avec de l'énergie égale à la différence entre l'électron et les états de trou impliqués. (En diode conventionnelle de jonction de semi-conducteurs, énergie libérée de la recombinaison des électrons et trous est emporté pendant que les phonons, c., treillagent des vibrations, plutôt que comme photons.) L'émission spontanée donne la diode laser au-dessous des propriétés semblables du seuil de Lasing de à un LED . L'émission spontanée est nécessaire pour lancer l'oscillation de laser, mais elle est une parmi plusieurs sources d'inefficacité une fois que le laser oscille.

La différence entre le laser de semi-conducteur ou la LED de photon-émission (d'une part) et mensonges (de non-lumière-émission) de phonon-émission conventionnels de diodes de jonction de semi-conducteurs (d'une part) dans l'utilisation d'un type différent de semi-conducteur, un dont la structure physique et atomique confère la possibilité pour l'émission de photon. Ces semi-conducteurs de photon-émission sont le soi-disant " ; bandgap" direct ; semi-conducteurs. C'est la nature du silicium et le germanium, qui est des semi-conducteurs de simple-élément, quant aux lesquels le bandgap n'aligne pas dedans comme la manière soit considéré " ; direct." ; Cependant, les soi-disant semi-conducteurs composés, qui ont pratiquement la structure cristalline identique comme silicium ou germanium mais des arrangements alternatifs d'utilisation de deux espèces atomiques différentes dans a damier-comme la coupure de modèle la symétrie et de cette manière créent le bandgap direct critique. Les exemples des semi-conducteurs composés sont l'arséniure de gallium , le phosphure d'indium , l'antimoniure , la nitrure de gallium de de gallium de et ainsi de suite, et les diodes à jonction fabriquées de ces matériaux émettent la lumière.

En l'absence des états d'émission stimulée (par exemple, lasing), les électrons et les trous peuvent coexister dans la proximité à une une autre, sans recombiner, pendant un certain temps (nommé le " ; lifetime" de supérieur-état ; ou " ; temps de recombinaison, " ; environ une nanoseconde pour les matériaux laser typiques de diode) avant qu'ils recombinent. Alors un photon voisin avec de l'énergie égale à l'énergie de recombinaison peut causer la recombinaison par l'émission stimulée . Ceci produit d'un autre photon de la même fréquence, voyageant dans la même direction, avec la même polarisation et la phase que le premier photon. Ceci signifie que gain de causes d'émission stimulée dans une vague optique (de la longueur d'onde correcte) dans la région d'injection, et les augmentations de gain comme nombre d'électrons et de trous injectés à travers les augmentations de jonction. Les processus d'émission spontanée et stimulée sont énormément plus efficaces en semi-conducteurs directs du bandgap qu'en semi-conducteurs indirects du bandgap , ainsi le silicium n'est pas un matériel commun pour des diodes lasers.

Comme dans d'autres lasers, la région de gain est entourée avec une cavité optique pour former un laser. Sous la forme la plus simple de diode laser, un guide d'ondes optique est fait sur cette surface en cristal, telle que la lumière est confinée à une ligne relativement étroite. Les deux extrémités du cristal sont fendues pour former les bords parfaitement doux et parallèles, formant un résonateur de Fabry-Perot . Les photons émis dans un mode du guide d'ondes voyageront le long du guide d'ondes et seront reflétés plusieurs fois de chaque visage d'extrémité avant qu'ils soient émis. Pendant qu'une vague légère traverse la cavité, elle est amplifiée par l'émission stimulée , mais la lumière est due également perdu à l'absorption et par réflexion inachevée des facettes de fin. En conclusion, s'il y a plus d'amplification que la perte, la diode commence au " ; " du lase ;.

Quelques propriétés importantes des diodes lasers sont déterminées par la géométrie de la cavité optique. Généralement, dans la direction verticale, la lumière est contenue dans très un sur couche mince, et la structure soutient seulement un mode optique simple dans la perpendiculaire de direction aux couches. Dans la direction latérale, si le guide d'ondes est large comparé à la longueur d'onde de la lumière, puis le guide d'ondes peut soutenir des modes optiques latéraux multiples, et le laser est connu comme " ; multi-mode" ;. Ces lasers latéralement à plusieurs modes de fonctionnement sont proportionnés dans les cas où on a besoin très d'un grand nombre de puissance, mais pas un petit faisceau diffraction-limited ; par exemple dans les produits chimiques d'impression, de déclenchement, ou le pompant d'autres types de lasers.

Dans les applications où un petit faisceau focalisé est nécessaire, le guide d'ondes doit être rendu étroit, sur l'ordre de la longueur d'onde optique. De cette façon, seulement un mode latéral simple est soutenue et on finit vers le haut avec un faisceau limité par diffraction. De tels dispositifs spatiaux simples de mode sont utilisés pour la mémoire optique, les indicateurs de laser, et l'optique des fibres. Noter que ces lasers peuvent encore soutenir des modes longitudinaux multiples, et pouvoir ainsi lase aux longueurs d'onde multiples simultanément.

La longueur d'onde émise est une fonction du bande-espace du semi-conducteur et des modes de la cavité optique. Généralement le gain maximum se produira pour des photons avec de l'énergie légèrement au-dessus de l'énergie de bande-espace, et les modes le plus près que la crête de gain lase le plus fortement. Si la diode est conduite assez fortement, les modes additionnels de côté de peuvent également lase. Quelques diodes lasers, telles que la plupart des lasers évidents, fonctionnent à une longueur d'onde simple, mais cette longueur d'onde est instable et des changements due aux fluctuations du courant ou de la température.

En raison de la diffraction , le faisceau diverge (augmente) rapidement après avoir laissé le morceau, typiquement à 30 degrés verticalement par 10 degrés latéralement. Un objectif doit être utilisé afin de former un faisceau collimaté comme cela produit par un indicateur de laser. Si un faisceau circulaire est exigé, des objectifs de cylindrique et d'autres systemes optique sont employés. Pour les lasers spatiaux simples de mode, using les objectifs symétriques, le faisceau collimaté finit être en hausse de forme elliptique, dû à la différence dans les divergences verticales et latérales. C'est facilement chose observable avec un indicateur rouge de laser de .

La diode simple décrite ci-dessus a été fortement modifiée ces dernières années pour adapter à la technologie moderne, ayant pour résultat une série de types de diodes lasers, comme décrit ci-dessous.

Types de diode laser

La structure simple de diode laser, décrite ci-dessus, est extrêmement inefficace. De tels dispositifs exigent tellement la puissance qu'ils peuvent seulement réaliser l'opération pulsée sans dommages. Bien qu'historiquement important et facile pour expliquer, de tels dispositifs ne soient pas pratiques.

Lasers de double hétérostructure

Dans des ces dispositifs, une couche de bas matériel de Bandgap est serrée entre deux couches élevées de bandgap. Une paire utilisée généralement de matériaux est l'arséniure de gallium (GaAs) avec de l'arséniure de gallium et d'aluminium (Al_xGa_(1-x)As). Chacune des jonctions entre différents matériaux de bandgap s'appelle une hétérostructure de , par conséquent le " nommé ; laser" de double hétérostructure ; ou laser de CAD de . Le genre de diode laser décrit dans la première partie de l'article peut désigné sous le nom d'un laser de l'homojonction de , pour le contraste avec ces dispositifs plus populaires.

L'avantage d'un laser de CAD est que la région où les électrons libres et les trous existent simultaneously&mdash ; le &mdash actif de la région ; est confiné à la couche moyenne mince. Ceci signifie que beaucoup plus des paires d'électron-trou peuvent contribuer à l'amplification&mdash ; pas aussi beaucoup sont omis dans la périphérie mal de amplification. En outre, la lumière est réfléchie de l'hétérojonction ; par conséquent, la lumière est confinée à la région où l'amplification a lieu.

Lasers bons de Quantum

Si la couche moyenne est faite assez légèrement, elle agit en tant que Quantum bon. Ceci signifie que la variation verticale du Wavefunction de l'électron, et ainsi un composant de son énergie, est quantifiée. L'efficacité d'un laser de puits de quantum est plus grande que celle d'un laser en vrac parce que la densité de de la fonction des états des électrons dans le système de puits de quantum a un bord brusque qui concentre des électrons dans les déclarer d'énergie qui contribuent à l'action de laser.

Des lasers contenant plus d'une couche bonne de quantum sont connus en tant que lasers multiples du puits de quantum de . Les puits multiples de quantum améliorent le chevauchement de la région de gain avec le mode optique du guide d'ondes .

D'autres améliorations de l'efficacité de laser ont été également démontrées en ramenant la couche de puits de quantum à un fil de Quantum de ou à un " ; sea" ; du Quantum pointille Dans un laser de cascade de Quantum de , la différence entre les forces de puits de quantum est employée pour la transition de laser au lieu du bandgap. Ceci permet l'action de laser aux longueurs d'onde relativement longues qui peuvent être accordées simplement en changeant l'épaisseur de la couche.

Lasers séparés d'hétérostructure d'emprisonnement

Le problème avec la diode simple de puits de quantum décrite ci-dessus est que la couche mince est simplement trop petite pour confiner effectivement la lumière. Pour compenser, encore deux couches sont ajoutées dessus, en dehors des trois premiers. Ces couches ont un indice de réfraction inférieur que les couches de centre, et par conséquent confinent la lumière effectivement. Une telle conception s'appelle une diode laser séparée d'hétérostructure (SCH) d'emprisonnement.

Presque toutes les diodes lasers commerciales depuis les années 90 ont été des diodes de puits de quantum de SCH.

Lasers de rétroaction distribuée

Les lasers de rétroaction distribuée de que (DFB) sont l'émetteur le plus commun saisissent le DWDM - systèmes. Pour stabiliser la longueur d'onde lasing, un réseau de diffraction est gravé à l'eau-forte près de la jonction de PN de la diode. Ce râpage agit comme un filtre optique, causant une longueur d'onde simple d'être alimentée de nouveau à la région et au lase de gain. Puisque le râpage fournit la rétroaction qui est exigée pour lasing, la réflexion des facettes n'est pas exigée. Ainsi, au moins une facette d'un DFB est le enduit par antiréflexion. Le laser de DFB a une longueur d'onde stable qui est placée pendant la fabrication par le lancement du râpage, et peut seulement être accordé légèrement avec la température. De tels lasers sont cheval de labour de télécommunication optique exigeante.

VCSELs

les lasers de surface-émission (VCSELs) de Vertical-cavité de ont l'axe de cavité optique le long de la direction de l'écoulement courant plutôt que la perpendiculaire à l'écoulement courant comme dans des diodes lasers conventionnelles. La longueur active de région est très courte comparée aux dimensions latérales de sorte que le rayonnement émerge de la surface de la cavité plutôt qu'à partir de son bord suivant les indications de Fig. Les réflecteurs aux extrémités de la cavité sont les miroirs de diélectrique de faits à partir d'alterner multicouche épais quarter-wave d'indice de réfraction de ciel et terre.

Il y a plusieurs avantages à produire VCSELs en comparaison avec le processus de fabrication de bord-émettre des lasers. des Bord-émetteurs ne peuvent pas être examinés jusqu'à la fin du processus de fabrication. Si le bord-émetteur ne fonctionne pas, si en raison de mauvais contacts ou qualité matérielle pauvre de croissance, le temps de production et les matériaux de traitement ont été gaspillés. En plus, parce que VCSELs émettent la perpendiculaire de faisceau à la région active du laser par opposition au parallèle comme avec un émetteur de bord, des dizaines de milliers de VCSELs peuvent être traitées simultanément sur une gaufrette d'arséniure de gallium de trois pouces. En outre, quoique le processus de fabrication de VCSEL soit plus de main-d'oeuvre et de matériaux intensif, le rendement peut être commandé à des résultats plus prévisibles.

De tels miroirs diélectriques fournissent un niveau important de réflectivité longueur d'onde-sélective au λ extérieur libre required de longueur d'onde si les épaisseurs du alternatif d ₁ de couches et du d ₂ avec le n ₁ d'indices de réfraction et le n ₂ sont telles que le d du n ₁ ₁ + d du n ₂ ₂ = λ de ½ qui mène alors à l'interférence constructive de toutes les vagues partiellement reflétées aux interfaces. Mais il y a un inconvénient en raison des réflectivités élevées de miroir, VCSELs ont des puissances inférieures de rendement une fois comparé au bord émettant des lasers.

VECSELs

Les lasers de surface-émission d'external-cavité verticale, ou le VECSELs sont semblables à VCSELs. Dans VCSELs, les miroirs sont le épitaxial typiquement développé en tant qu'élément de la structure de diode, ou développé séparément et métallisé directement sur le semi-conducteur contenant la région active. VECSELs sont distingués par une construction dans lesquels des deux miroirs sont externes à la structure de diode. En conséquence, la cavité inclut une région en espace libre. Une distance typique de la diode au miroir externe serait de 1 cm.

Un des dispositifs les plus intéressants de n'importe quel VECSEL est la minceur de la région de gain de semi-conducteur dans la direction de la propagation, plus moins de 100 nanomètre. En revanche, un laser conventionnel de semi-conducteur de dans-avion nécessite la propagation légère au-dessus des distances de du µm 250 vers le haut à 2 millimètres ou plus longtemps. La signification de la distance courte de propagation est qu'elle cause l'effet du " ; antiguiding" ; non-linéarités dans la région de gain de laser de diode à réduire au minimum. Le résultat est un faisceau optique unimodal de grand-croix-section qui n'est pas possible du dans-avion (" ; bord-emitting" ;) lasers de diode.

Plusieurs ouvriers ont démontré VECSELs optiquement pompé, et ils continuent à être développés pour beaucoup d'applications comprenant des sources de puissance élevée pour l'usage dans l'usinage industriel (découpage, poinçon, etc.) en raison de leur puissance exceptionnellement élevée et efficacité une fois pompés par les barres à plusieurs modes de fonctionnement de laser de diode.

VECSELs électriquement pompé ont été également démontrés. Les demandes de VECSELs électriquement pompé incluent des affichages de projection, servis par la fréquence de doublant des émetteurs de proche-IR VECSEL pour produire le feu bleu et vert.

Modes de défaillance

Les diodes lasers ont le sérieux semblable et des issues d'échec comme diodes électroluminescentes . En outre, elles sont sujettes aux dommages optiques catastrophiques (MORUE) de une fois fonctionnées à une puissance plus élevée.

Plusieurs des avances dans la fiabilité des lasers de diode en 20 dernières années restent de propriété industrielle à leurs réalisateurs. La fiabilité d'une diode laser peut faire ou casser un produit. D'ailleurs, " ; " du désossage ; ne peut pas toujours découvrir les différences entre les produits plus-fiables et moins-fiables de laser de diode.

Au bord d'un laser de diode, où la lumière est émise, un miroir est traditionnellement constitué par le fendant la gaufrette de semi-conducteur pour former un avion se reflétant specularly. Cette approche est facilitée par la faiblesse de l'avion cristallographique du dans des cristaux de semi-conducteur d'III-V (tels que GaAs , INP , GaSb , etc.) comparés à d'autres avions. Une éraflure faite au bord de la gaufrette et d'une légère force de recourbement fait former et propager un avion comme un miroir presque atomique parfait de fendage dans une ligne droite à travers la gaufrette.

Mais il se produit ainsi que les états atomiques à l'avion de fendage sont changés (comparé à leurs propriétés en bloc dans le cristal) par l'arrêt du trellis parfaitement périodique à cet avion. Les états extérieurs à l'avion fendu, ont des forces dans (autrement interdit) le bandgap du semi-conducteur.

Essentiellement en conséquence, quand la lumière propage par l'avion et les passages de fendage à l'espace libre du cristal de semi-conducteur, une fraction de cette énergie légère est absorbée par les états extérieurs d'où elle est convertie en chaleur par le phonon - interactions de de l'électron . Ceci chauffe le miroir fendu. En outre, le miroir peut chauffer simplement parce que le bord de la diode laser-qui est électriquement pomper-est en contact moins-parfait avec le bâti qui fournit un chemin pour le déplacement de la chaleur. Le chauffage du miroir fait rétrécir le bandgap du semi-conducteur dans les secteurs plus chauds. Le rétrécissement de bandgap introduit des transitions plus électroniques de bande-à-bande dans l'alignement avec causer de l'énergie de photon pourtant plus d'absorption. C'est l'emballement thermique , une forme de de la rétroaction positive , et le résultat peut être fonte de la facette, connue sous le nom de dommages optiques catastrophiques de , ou MORUE.

Dans les années 70, ce problème, qui est particulièrement irritable pour les lasers GaAs-basés émettant entre 1 µm et 0.630 longueur d'onde de µm (moins ainsi pour les lasers basés par INP utilisés pour les télécommunications de long-courrier qui émettent entre le µm 1.3 le µm et 2), a été identifié. Michael Ettenberg, un chercheur et un plus défunt vice-président au centre de recherches de David Sarnoff du des laboratoires de RCA dans le Princeton, le New Jersey , a conçu une solution. Une couche mince de l'oxyde d'aluminium a été déposée sur la facette. Si l'épaisseur d'oxyde d'aluminium est choisie correctement elle fonctionne comme enduit Anti-r3fléchissant , réduisant la réflexion sur la surface. Ceci a allégé le chauffage et la MORUE au facet.< ! --Pourquoi ? -->

Depuis lors, de diverses autres améliorations ont été utilisées. Une approche est de créer un soi-disant miroir de non-absorption (NAM) tels que le µm 10 final ou ainsi avant que la lumière émette de la facette fendue sont rendus non-absorption à la longueur d'onde d'intérêt.

Dans le début des années 90 très, SDL, Inc. a commencé à fournir des lasers de diode de puissance élevée de bonnes caractéristiques de fiabilité. Le PRÉSIDENT Donald Scifres et CTO David Welch a présenté à de nouvelles données d'exécution de fiabilité à, par exemple, les conférences occidentales du SPIE Photonics de l'ère. Les méthodes employées par SDL pour défaire la MORUE ont été considérées fortement classe des propriétaires et avoir été révélées toujours publiquement à partir de juin, 2006.

Au milieu des années 90, IBM recherchent (Ruschlikon, Suisse ) annoncé qu'il avait conçu son soi-disant " ; Process" E2 ; ce qui a conféré résistance extraordinaire à la MORUE dans des lasers GaAs-basés. Ce processus, aussi, n'a été jamais révélé à partir de juin, 2006.

La fiabilité des barres de haute puissance de pompe de laser de diode (utilisées pour pomper des lasers à état solide) demeure un problème difficile dans une série d'applications, malgré ces avances de propriété industrielle. En effet, la physique de l'échec de laser de diode est toujours en cours d'être établie et la recherche demeure à ce sujet active, si classe des propriétaires.

La prolongation de la vie des diodes lasers est critique à leur adaptation continue à une large variété d'applications.

Applications des diodes lasers

Les diodes lasers sont numériquement le type le plus commun de laser, avec des ventes du 2004 d'approximativement 733 millions de lasers de diode, par rapport à 131.000 d'autres types de lasers.

Les diodes lasers trouvent l'utilisation large dans la télécommunication en tant que sources lumineuses facilement modulées et facilement couplées pour la communication de l'optique des fibres . Elles sont employées dans divers instruments de mesure, par exemple les télémètres un autre d'usage courant est dans des lasers évidents du des lecteurs de codes barres de , typiquement le rouge mais aussi le postérieur vert, sont communs en tant qu'indicateurs de laser de bas et des diodes de haute puissance sont utilisées intensivement dans l'industrie de l'imprimerie en tant que sources lumineuses pour le balayage (entrée) des images et pour la fabrication très à grande vitesse et à haute résolution de plaque d'impression (rendement). Le infrarouge et les diodes lasers rouges sont communs dans les lecteurs de CD , les disques compacts-ROM et la technologie du DVD . Des lasers violets du sont utilisés dans le HD-DVD et la technologie du Bleu-Rayon . Des diodes lasers de haute puissance sont utilisées dans des applications industrielles telles que la chaleur traitant, revêtement, soudure continue et pour pomper d'autres lasers, tels que les lasers à état solide pompés par diode l'utilisation des lasers de diode pour à grande vitesse, peu coûteux, spectroscopie de combustion est explorée.

Généralement des applications des diodes lasers peuvent être classées par catégorie dans diverses manières. La plupart des applications des lasers de diode peuvent être servies par de plus grands lasers à état solide ou des oscillateurs paramétriques optiques mais c'est la capacité de produire des lasers en série de diode à bas pris qui les rend essentiels pour des applications de marché grand-public. Les lasers de diode ont l'application à pratiquement chaque champ de l'effort qui attire une attention large aujourd'hui. Puisque la lumière a beaucoup de différentes propriétés (puissance, longueur d'onde et qualité spectrale, qualité de faisceau, polarisation, etc.) il est intéressant de classifier des applications par ces propriétés de base.

Beaucoup d'applications des lasers de diode se servent principalement du " ; " à énergie dirigée ; propriété d'un faisceau optique. Dans cette catégorie on pourrait inclure les lecteurs de code à barres des imprimantes à laser De , le balayage d'image de , les blocs d'éclairage, les indicateurs, l'enregistrement de données optique, l'allumage de combustion, la chirurgie de laser de , le tri industriel, l'usinage industriel, et les armements à énergie dirigée. Certaines de ces applications émergent tandis que beaucoup sont bien connues à la société plus large.

Applications qui peuvent aujourd'hui ou à l'avenir se servir du " ; coherent" ; les propriétés de la lumière diode-laser-produite incluent la mesure interférométrique de distance, l'olographie, les communications logiques, et la commande logique des réactions chimiques.

Applications qui peuvent se servir du " ; spectral" étroit ; les propriétés des lasers de diode incluent télémétrie, télécommunications, contre-mesures à infrarouge, détection spectroscopique, génération des vagues de radiofréquence ou de terahertz, préparation d'état d'horloge atomique, cryptographie principale de quantum, doublement et conversion de fréquence, purification d'eau (dans l'UV), et thérapie photodynamique (où une longueur d'onde particulière de lumière ferait devenir une substance telle que la porphyrine chimiquement active comme agent anticancéreux seulement où le tissu est illuminé par la lumière).

Applications où la capacité au " ; produire des impulsions ultra-courtes du light" ; par la technique connue sous le nom de " ; mode-locking" ; inclure la distribution d'horloge pour les circuits intégrés à rendement élevé, les sources de haut-crête-puissance pour la spectroscopie induite par laser de panne sentant, la génération arbitraire de forme d'onde pour des vagues de radiofréquence, le prélèvement photonique pour la conversion analogique-numérique, et les systèmes optiques de code-division-multiple-accès pour la communication protégée.

Histoire

Le premier pour démontrer l'émission légère logique du d'une diode de semi-conducteur (la première diode de laser de ), est largement reconnu pour avoir été Robert N. Hall et son équipe au centre de recherches de General Electric en 1962.

La première diode laser évidente de longueur d'onde a été démontrée par le Nick Holonyak , Jr., plus tard en 1962

D'autres équipes au laboratoire d'IBM, de MIT Lincoln, Texas Instruments, et laboratoires de RCA ont été également impliquées dedans et reçoivent le crédit pour des démonstrations initiales historiques d'émission légère efficace et de lasing dans des diodes de semi-conducteur en 1962 et ensuite.

Au début des années 60 l'épitaxie liquide de phase (LPE) a été inventée par Herbert Nelson des laboratoires de RCA. En posant les cristaux les plus de haute qualité de compositions variables, elle a permis la démonstration des matériaux laser les plus de haute qualité de semi-conducteur d'hétérojonction pendant beaucoup d'années. LPE a été adopté par tous les principaux laboratoires, dans le monde entier et employé pendant beaucoup d'années. Il a été finalement supplanté dans les années 70 par l'épitaxie de faisceau moléculaire et la déposition en phase vapeur de organométallique .

Les lasers de diode de cette ère ont fonctionné avec des densités de courant de seuil de 1000 ampères par centimètre carré aux températures 77°K. C'est une densité de courant plutôt modeste considérant que le secteur de contact des lasers de diode est une fraction minuscule d'un centimètre carré. Une telle exécution a permis continu-lasing d'être démontrée en jours les plus tôt. Cependant, une fois fonctionnés à la température ambiante, 300°K environ, les densités de courant de seuil étaient deux ordres de grandeur plus grands, ou de 100.000 ampères par centimètre carré dans les meilleurs dispositifs. Le défi dominant pour le reste des années 60 était d'obtenir la basse densité de courant de seuil à 300°K et démontrer de ce fait continu-onduler lasing à la température ambiante d'un laser de diode.

Les premiers lasers de diode étaient des diodes d'homojonction. C'est-à-dire, les bandgaps de la couche de noyau de guide d'ondes et de celle des couches plaquées environnantes, étaient identiques. On l'a identifié qu'il y avait une occasion, en particulier accordée en employant l'épitaxie liquide de phase using l'arséniure de gallium et d'aluminium, pour présenter des hétérojonctions. Les hétérostructures se composent des couches du cristal de semi-conducteur ayant le bandgap et l'indice de réfraction variables. Des hétérojonctions (formées des hétérostructures) avaient été identifiées par le Herbert Kroemer , tout en travaillant aux laboratoires de RCA au milieu des années 50, en tant qu'ayant des avantages uniques pour plusieurs types de dispositifs électroniques et optoélectroniques comprenant des lasers de diode. LPE a eu les moyens la technologie de faire des lasers de diode d'hétérojonction.

Les premiers lasers de diode d'hétérojonction étaient des lasers de simple-hétérojonction. Ces lasers ont utilisé le p - type injecteurs d'arséniure de gallium et d'aluminium situés au-dessus du n - dactylographient des couches d'arséniure de gallium développées sur le substrat par LPE. Un mélange du gallium remplacé par aluminium dans le cristal de semi-conducteur et augmenté le bandgap du p - dactylographier l'injecteur au-dessus de cela du n - dactylographier les couches dessous. Cela a fonctionné ; les courants du seuil 300°K sont descendus par 10× à 10.000 ampères par centimètre carré. Malheureusement, ce n'était toujours pas dans la gamme nécessaire et ces lasers de diode de simple-hétérostructure n'ont pas fonctionné dans l'opération d'onde continue à la température ambiante.

L'innovation qui a cassé le défi de température ambiante était le laser de double hétérostructure. Le tour était de déplacer rapidement la gaufrette dans l'appareillage de LPE entre le " différent ; melts" ; de l'arséniure de gallium et d'aluminium ( p - et n - type) et d'une troisième fonte d'arséniure de gallium. Il a dû être fait rapidement depuis la région de noyau d'arséniure de gallium requise pour être de manière significative au-dessous de 1 µm d'épaisseur. Ceci a pu avoir été l'exemple vrai le plus tôt du " ; nanotechnology." ; La première diode laser pour réaliser l'opération de l'onde continue de était une double hétérostructure démontrée en 1970 essentiellement simultanément par le Zhores Alferov et collaborateurs ( y compris Dmitri Z. Garbuzov ) de l'Union Soviétique , et Morton Panish et Izuo Hayashi fonctionnant aux Etats-Unis. Cependant, on l'accepte largement que Zhores I. Alferov et équipe ait atteint l'étape importante d'abord.

Pour leur accomplissement et celui de leurs collègues, Alferov et Kroemer ont partagé le prix 2000 Nobel dans la physique.

Voir également

Équations de taux de diode laser de
Objectif de collimation
Diode de Superluminescent de
Fleuve Photonickers de meule de

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