كيف يعمل ثنائي الليزر | دليل CIELLULU

كيف يعمل الصمام الثنائي الليزري؟

يُعد فهم آلية عمل ثنائي الليزر أمرًا بالغ الأهمية للمتخصصين في مختلف المجالات. توضح هذه المقالة مبادئ تشغيل ثنائي الليزر، وتعالج نقاط الالتباس الشائعة. سنستكشف الفيزياء الأساسية والمكونات الرئيسية، مقدمةً شرحًا واضحًا وموجزًا.

الانبعاث المحفز: قلب الصمام الثنائي الليزري

يكمن جوهر أي ليزر، بما في ذلك ثنائي الليزر، في مبدأ الانبعاث المُحفَّز. بخلاف الانبعاث التلقائي، حيث يُخفِّض الإلكترون مستويات الطاقة عشوائيًا ويُصدر فوتونًا، فإن الانبعاث المُحفَّز يتضمن فوتونًا واردًا يُحفِّز إطلاق فوتون مماثل. تُعد هذه العملية أساسية لإنتاج ضوء متماسك - موجات ضوئية لها نفس التردد والطور والاتجاه - وهي سمة مميزة لضوء الليزر. في ثنائي الليزر، تُنفَّذ هذه العملية داخل مادة شبه موصلة.

مادة أشباه الموصلات ووصلة p-n

تستخدم ثنائيات الليزر مادة شبه موصلة، عادةً ما تكون مركبًا مثل زرنيخيد الغاليوم (GaAs)، مُصممة على شكل وصلة pn. تُشكَّل هذه الوصلة عن طريق تطعيم شبه الموصل بالشوائب لإنشاء مناطق ذات شحنات موجبة (من النوع p) وشحنات سالبة (من النوع n). عند تطبيق جهد انحياز أمامي، تتحد الإلكترونات من المنطقة n والفجوات من المنطقة p عند الوصلة.

التجويف البصري والتغذية الراجعة

يُطلق اتحاد الإلكترونات والفجوات فوتونات. ولتضخيم هذا الضوء وإنتاج شعاع ليزر، تُحصر هذه الفوتونات داخل تجويف بصري مُشكّل بشقّ المادة شبه الموصلة عند طرفيه. تعمل هذه الأطراف المشقوقة كمرايا، تعكس الفوتونات ذهابًا وإيابًا عبر المنطقة النشطة. تُعزز آلية التغذية الراجعة هذه الانبعاث المُحفّز، مما يؤدي إلى تأثير متتالي وتوليد شعاع ليزر شديد الكثافة ومتماسك.

مخرجات وتطبيقات ثنائي الليزر

يخرج ضوء الليزر الناتج من الصمام الثنائي عبر أحد طرفي التجويف العاكس جزئيًا. يُحدَّد طول موجة الضوء المنبعث من خلال فجوة نطاق المادة شبه الموصلة المستخدمة. هذا يجعل ثنائيات الليزر متعددة الاستخدامات، مما يُتيح إنتاج أشعة ليزر تُصدر نطاقًا واسعًا من الأطوال الموجية، من الأشعة تحت الحمراء إلى الضوء المرئي. لهذه الثنائيات تطبيقات واسعة في الاتصالات، والتخزين الضوئي، وماسحات الباركود، ومؤشرات الليزر، والعديد من التقنيات الأخرى.

اختيار الصمام الثنائي الليزري المناسب

يعتمد اختيار ثنائي الليزر المناسب على عدة عوامل، منها الطول الموجي المطلوب، وطاقة الخرج، وجودة الشعاع، وتيار التشغيل. فهم مبادئ التشغيل الأساسية أساسي لاتخاذ قرارات مدروسة.