لیزر دیودی آبشار کوانتومی (Quantum Cascade Laser - QCL)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر دیودی آبشار کوانتومی (Quantum Cascade Laser - QCL) :
Quantum Cascade Laser (QCL) یک نوع بسیار مهم لیزر نیمه هادی است که بر اساس گسیل بین زیرنوار (intersubband) در چاه های کوانتومی کار می کند، نه گسیل بین نوار (interband) مانند لیزرهای معمولی. در QCL، الکترون ها از یک ناحیه به ناحیه دیگر تونل زده و با عبور از یک آبشار از چاه های کوانتومی، هر بار یک فوتون گسیل می کنند. این ساختار آبشاری امکان تولید توان بالا در طول موج های بلند (مادون قرمز میانی تا تراهرتز) را فراهم می کند. QCL در سال ۱۹۹۴ توسط گروه فدریکو کاپاسو در آزمایشگاه بل اختراع شد.
مکانیزم: QCL از صدها لایه بسیار نازک از دو نیمه هادی (مانند InGaAs و AlInAs) ساخته می شود که یک نردبان از چاه های کوانتومی را تشکیل می دهند. هر پله از این نردبان شامل یک ناحیه فعال (چاه کوانتومی) و یک ناحیه تزریق (تزریق کننده) است. در ناحیه فعال، الکترون ها از یک زیرنوار بالا به یک زیرنوار پایین در همان چاه وام نشین شده و فوتون گسیل می کنند. سپس الکترون ها از طریق تونل زنی به ناحیه تزریق بعدی وارد شده و به زیرنوار بالای چاه بعدی می رسند. این فرایند در هر پله تکرار می شود و یک الکترون می تواند ده ها فوتون تولید کند (بازده کوانتومی چندگانه).
مزایای QCL: قابلیت تولید توان بالا در محدوده وسیعی از طول موج ها (۳ تا ۳۰۰۰ میکرون)، بازده خوب (تا ۵۰٪ در برخی مدل ها)، و امکان طراحی برای طول موج دلخواه با تغییر ضخامت لایه ها. QCLها می توانند در مد پیوسته (CW) در دمای اتاق با توان چند وات کار کنند.
کاربردهای QCL بسیار گسترده است: طیف سنجی مولکولی (تشخیص گازهای کمیاب مانند متان، اکسید نیتروژن، فرمالدهید با حساسیت بسیار بالا)، سنجش از دور جو (ردیابی آلاینده ها)، پزشکی (تشخیص بیماری از طریق تنفس)، صنعت (کنترل کیفیت و فرایند)، و نظامی (مقابله با حسگرهای فروسرخ). QCL انقلابی در طیف سنجی فروسرخ ایجاد کرده و ابزاری ضروری برای بسیاری از شاخه های علم و فناوری شده است.
