Kilka notek wstecz tłumaczyłem, że w diodzie półprzewodnikowej występuje obszar typu n, gdzie jest nadmiar elektronów, i obszar typu p, gdzie jest ich niedomiar (są tzw., dziury). Jeżeli puścimy prąd stały w odpowiednim kierunku, to elektrony spotkają się z dziurami i zmniejszą swoją energię, która zostanie albo zamieniona na ciepło (drgania sieci krystalicznej), albo wypromieniowana w postaci pewnej porcji (kwantu) promieniowania elektromagnetycznego, czyli fotonu.
Robienie z diody grzejnika nie jest zbyt opłacalnym pomysłem, lepiej uzyskiwać światło. W tym celu pomiędzy typem p, a typem n, umieszcza się tzw., studnie kwantowe, czyli bardzo cienkie warstwy półprzewodnika o mniejszej przerwie energetycznej niż otaczający materiał.
Co to takiego przerwa energetyczna półprzewodnika? Nieco upraszczając, jest to różnica między energią elektronu mogącego się przemieszczać w sieci krystalicznej, a elektronu "przywiązanego" do tej sieci.
Jeżeli elektrony i dziury przemieszczają się w materiale o zmiennej przestrzennie przerwie energetycznej, to "opłaca" im się być tam, gdzie ta przerwa jest najmniejsza.
I właśnie taka studnia kwantowa stanowi "pułapkę" dla elektronów i dziur, gdzie mogą się spotkać, zrekombinować (to taki żargon fizyków) i wyemitować foton o energii równej w przybliżeniu przerwie energetycznej studni.
Zobaczmy, jak taki laser schematycznie wygląda:
Oczywiście, nie w skali, ale o tym później.
Ta czarna kreseczka w środku to studnie kwantowe InGaN , która mają np., 2,8 eV przerwy energetycznej, oddzielone warstwami GaN o przerwie ok. 3,5 eV. Na górze mamy typ p, na dole n. Podłączamy plus naszego zasilacza do górnej powierzchni, minus do dolnej, i... świeci (czasami!!!!!).
Tak działa dioda LED, gdzie fotony świecą na wszystkie strony, i są od siebie niezależne.
W laserze, musimy "uwięzić światło" w pobliżu studni kwantowej, bo chcemy, aby każdy akt rekombinacji elektron- dziura odbywał się w obecności fotonu. Wtedy nowy foton będzie identyczny z pierwszym, i tak lawinowo powstanie wielka ilość identycznych fotonów, czyli laserowanie.
"Uwięzienie" światła odbywa się za pomocą warstw okładkowych AlGaN, które umieszczone w odpowiedniej odległości (mniej więcej pół długości emitowanej fali) odbijają światło.
Mając "złapane światło" wertykalnie,"łapiemy" je jeszcze lateraalnie za pomocą wąskiego (1-10 mikronów) paska o długości ok. milimetra, który widać na górnej powierzchni rysunku. W kierunku prostopadłym (w płaszczyźnie naszego ekranu) umieszczamy warstwy odbijające, tzw., zwierciadła, (np. supersieć TiO2/SiO2), powodując, że śwaitło zanim wyjdzie z jednej strony, będzie wielokrotnie podróżować wewnątrz przyrządu.
Będzie tak mogło podróżować, bo w warunkach laserowania, nasz światłowód między okładkami AlGaN staje się całkowicie przezroczysty, a nawet bardziej niż przezroczysty, bo "wędrujący" foton powoduje kaskadę następnych identycznych fotonów.
Nie wygląda to bardzo skomplikowanie?
Jak się opowiada, to nie, ale jednak zrobienie dobrej niebieskiej, czy fioletowej diody laserowej to duże wyzwanie. Zielonej jeszcze nikt nie zrobił.
Ale o tym, co jest trudne w niebieskiej diodzie laserowej, za kilka dni...
przeprowadzam wirtualna sanacje polskiej nauki
Every day I get up and look through the Forbes list of the richest people in America. If I'm not there, I go to work. (Robert Orben)
When you reach for the stars you may not quite get one, but you won't come up with a handful of mud either (Leo Burnett).
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Technologie
