لیزر با بازخورد توزیع یافته آبشاری کوانتومی (Quantum Cascade DFB Laser)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر با بازخورد توزیع یافته آبشاری کوانتومی (Quantum Cascade DFB Laser) :
Quantum Cascade DFB Laser (QC-DFB) ترکیبی از لیزر آبشار کوانتومی (QCL) و ساختار بازخورد توزیع یافته (DFB) است. در این لیزر، یک توری (grating) با دوره تناوب مناسب در مجاورت یا داخل ناحیه فعال QCL تعبیه می شود تا یک بازخورد انتخابی طول موج ایجاد کند و لیزر را مجبور به نوسان در یک مد طولی واحد (تک فرکانس) کند. QC-DFBها برای کاربردهای طیف سنجی گاز با وضوح بالا در محدوده مادون قرمز میانی (۳-۱۲ میکرون) که نیاز به طول موج دقیق و پایدار دارند، بسیار حیاتی هستند.
مکانیزم: ساختار QCL (با لایه های نازک نیمه هادی از جنس InP، InGaAs، AlInAs و غیره) به گونه ای طراحی می شود که گسیل بین زیرنوار (intersubband) در طول موج مورد نظر داشته باشد. سپس یک توری DFB (معمولا از نوع توری براگ) با دوره تناوب Λ در بالای ناحیه فعال یا در لایه های مجاور ایجاد می شود. این توری باعث می شود که تنها طول موج براگ
\[ \lambda_B = 2n_{eff}\Lambda \](که
\[ n_{eff} \]ضریب شکست مؤثر مد است) بتواند در حفره نوسان کند. با تنظیم دقیق دوره تناوب توری، می توان طول موج لیزر را به طور دقیق روی یک خط جذب مولکولی خاص تنظیم کرد. خروجی یک پرتو لیزر تک فرکانس با پهنای خط باریک (چند مگاهرتز) است.
مزایای QC-DFB: پایداری طول موج بالا، پهنای خط باریک (مناسب برای طیف سنجی جذبی با وضوح بالا - TDLAS)، و قابلیت تنظیم طول موج با تغییر دما یا جریان (در محدوده چند نانومتر). این لیزرها امکان شناسایی و اندازه گیری غلظت گازها با حساسیت و گزینش پذیری بسیار بالا را فراهم می کنند.
کاربردها: طیف سنجی مولکولی برای تشخیص گازهای کمیاب (مانند CH₄، N₂O، CO، CO₂، H₂S، فرمالدهید) در محیط زیست، صنعت (پایش فرایندها، تشخیص نشت گاز)، پزشکی (تست تنفس)، و امنیت (تشخیص مواد منفجره و عوامل شیمیایی). QC-DFBها به طور تجاری در دسترس هستند و ابزاری استاندارد در آزمایشگاه های طیف سنجی و سیستم های پایش گاز محسوب می شوند.
