لیزر دیودی چاه کوانتومی (Quantum Well Laser)، در فیزیک (Physics)

انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :

لیزر دیودی چاه کوانتومی (Quantum Well Laser) :

Quantum Well (QW) Laser یک پیشرفت مهم در لیزرهای ناهمگون است. در این لیزر، ضخامت لایه فعال به قدری نازک (معمولا ۵-۲۰ نانومتر) کاهش می یابد که اثرات کوانتومی ظاهر می شود. در این ابعاد، حرکت حامل ها در جهت عمود بر لایه کوانتیده می شود و چاه های پتانسیل ایجاد می شود. این امر چگالی حالت ها را تغییر می دهد و منجر به بهبود عملکرد لیزر می شود. لیزرهای چاه کوانتومی می توانند تک چاه (SQW) یا چندچاه (MQW) باشند.

مکانیزم: در یک چاه کوانتومی، الکترون ها و حفره ها در یک بعد محصور شده و سطوح انرژی گسسته ای (مانند ذره در جعبه) ایجاد می کنند. چگالی حالت ها به صورت پله ای (step-like) در می آید، در مقابل حالت سهموی در مواد حجیم (bulk). این توزیع متمرکزتر حالت ها باعث می شود که بهره نوری در چگالی حامل های پایین تر به حداکثر برسد. همچنین بازترکیب تابشی کارآمدتر می شود. با استفاده از چندین چاه کوانتومی (MQW)، می توان حجم ناحیه فعال را افزایش داد و بهره کلی را بالا برد.

مزایای لیزر چاه کوانتومی نسبت به DHS معمولی: چگالی جریان آستانه پایین تر (چند صد A/cm²)، بهره دیفرانسیلی بالاتر، پهنای خط باریک تر، وابستگی دمایی کمتر آستانه (دمای مشخصه T₀ بالاتر)، و قابلیت تنظیم طول موج با تغییر عرض چاه. این مزایا باعث شده است که لیزرهای چاه کوانتومی به استاندارد صنعتی برای اکثر کاربردها تبدیل شوند.

لیزرهای چاه کوانتومی در محدوده وسیعی از طول موج ها (از فرابنفش تا مادون قرمز میانی) با مواد مختلف (GaN، AlGaAs، InGaAsP، و غیره) ساخته می شوند. آنها در مخابرات نوری، ذخیره سازی نوری (دی وی دی و بلوری)، چاپگرها، حسگرها، و پمپاژ لیزرهای دیگر کاربرد گسترده دارند. اختراع لیزر چاه کوانتومی توسط چارلز تاونس و دیگران، تحولی در عملکرد لیزرهای نیمه هادی ایجاد کرد و جایزه نوبل فیزیک ۲۰۰۰ به پیشگامان این حوزه تعلق گرفت.