Racjonalista - Strona głównaDo treści


Fundusz Racjonalisty

Wesprzyj nas..
Zarejestrowaliśmy
181.319.391 wizyt
Ponad 1064 autorów napisało dla nas 7340 tekstów. Zajęłyby one 28964 stron A4

Wyszukaj na stronach:

Kryteria szczegółowe

Najnowsze strony..
Archiwum streszczeń..

 Zamierzasz się zaszczepić na SARS-CoV-2?
Tak
Raczej tak
Raczej nie
Nie
Poczekam jeszcze z decyzją
  

Oddano 2833 głosów.
Chcesz wiedzieć więcej?
Zamów dobrą książkę.
Propozycje Racjonalisty:

Złota myśl Racjonalisty:
"Bogu co boskie, cesarzowi co cesarskie. A co ludziom?"
Nowinki i ciekawostki naukowe
Technika
Trzykrotny wzrost mocy laserów kaskadowych (15-12-2011)

W Instytucie Technologii Elektronowej w Warszawie zbudowano kwantowe lasery kaskadowe rekordowej mocy. Zdjęcie mikorskopowe przedstawia fragment struktury półprzewodnikowej lasera. Kolory sztuczne. (Źródło: ITE)
1. W Instytucie Technologii Elektronowej w Warszawie zbudowano kwantowe lasery kaskadowe rekordowej mocy. Zdjęcie mikorskopowe przedstawia fragment struktury półprzewodnikowej lasera. Kolory sztuczne. (Źródło: ITE)

Lasery kaskadowe to najmłodsza odmiana laserów półprzewodnikowych, znajdująca się dopiero na progu komercjalizacji. W Instytucie Technologii Elektronowej w Warszawie opracowano technologię produkcji laserów kaskadowych, pracujących w zakresie średniej podczerwieni, o mocy w impulsie trzykrotnie przewyższającej dotychczasowe konstrukcje. Nowe urządzenia otwierają drogę do obiecujących zastosowań przemysłowych i medycznych.

Instytut Technologii Elektronowej (ITE) w Warszawie opracował technologię produkcji i zbudował prototypy kwantowych laserów kaskadowych rekordowej mocy. Nowe urządzenia, wykonane z arsenku galu domieszkowanego glinem, emitują impulsy promieniowania podczerwonego. W temperaturze pokojowej moc impulsu sięga kilkudziesięciu miliwatów, a w warunkach chłodzenia kriogenicznego - nawet pięciu watów. Wartości te są trzykrotnie większe od najlepszych rezultatów osiąganych na świecie dla tego układu materiałowego i tej konstrukcji.

Kwantowe lasery kaskadowe (Quantum Cascade Lasers, QCL) to periodyczne struktury złożone z wielu (nawet kilkuset) warstw półprzewodnikowych tworzących tzw. supersieć. Grubość warstw supersieci zmienia się w starannnie zaprojektowany sposób i zazwyczaj wynosi kilka nanometrów. W ITE warstwy są wykonywane z arsenku galu z domieszkami glinu (GaAs/AlGaAs). Do ich osadzania używa się epitaksji z wiązek molekularnych.

Lasery QCL w szczególny sposób wykorzystują mechanizmy przewodnictwa w materiałach półprzewodnikowych.

Według pasmowej teorii przewodnictwa, jeśli elektrony w półprzewodniku mają małą energię, o wartościach w zakresie nazywanym pasmem podstawowym (walencyjnym), to są związane z atomami półprzewodnika. Jeśli energia elektronów zwiększy się do wartości z zakresu pasma przewodnictwa, elektrony odrywają się od atomów i stają się, obok dziur, nośnikami ładunku w materiale.

W tradycyjnych laserach półprzewodnikowych światło laserowe jest emitowane, gdy elektrony z pasma przewodnictwa w półprzewodniku rekombinują z pustymi, nieobsadzonymi stanami w paśmie walencyjnym. Długość fali promieniowania emitowanego przez laser półprzewodnikowy zależy zatem od wielkości przerwy wzbronionej między pasmami walencyjnym a przewodnictwa.

"Skonstruowanie lasera półprzewodnikowego emitującego fale ściśle określonej długości nie jest łatwe", mówi prof. dr hab. Maciej Bugajski z ITE. "Najpierw trzeba znaleźć materiał o odpowiedniej przerwie energetycznej. To może być trudne lub nawet niemożliwe. A gdy już go mamy, to i tak początek drogi, bo zwykle trzeba od podstaw wymyślać całą technologię jego obróbki".

W kwantowych laserach kaskadowych energia emitowanego promieniowania nie zależy od materiału, lecz od geometrii supersieci - czyli od układu i grubości periodycznych warstw półprzewodnikowych. Elektron wstrzyknięty do pierwszego okresu supersieci tuneluje w górny obszar pasma przewodnictwa. Chwilę później przeskakuje na niższy poziom, wciąż znajdujący się w paśmie przewodnictwa (przejście wewnątrzpasmowe). Podczas przeskoku dochodzi do emisji fotonu. Następnie elektron tuneluje w górny obszar pasma przewodnictwa kolejnego okresu supersieci i proces się powtarza. Odstęp między stanem wzbudzonym a podstawowym w ramach pasma przewodnictwa można zmieniać regulując m.in. grubość warstw supersieci.

Specyfika laserów QCL powoduje, że względnie łatwo zaprojektować strukturę półprzewodnikową emitującą fale elektromagnetyczne określonej długości. Lasery kaskadowe skonstruowane w ITE mogą działać w średniej podczerwieni (fale długości od 9 do 10 mikronów). "Średnia podczerwień jest bardzo atrakcyjnym obszarem fal elektromagnetycznych. Wynika to z faktu, że wiele związków chemicznych pochłania promieniowanie właśnie z tego zakresu", mówi prof. Bugajski.

W Polsce pierwsze lasery QCL zostały wyprodukowane w 2009 roku właśnie w Instytucie Technologii Elektronowej. Opracowano je w ramach ogólnopolskiego projektu "Zaawansowane technologie dla półprzewodnikowej optoelektroniki podczerwieni", którego koordynatorem był ITE. W projekcie uczestniczył m.in. Instytut Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej, gdzie powstał prototypowy detektor gazowego amoniaku. Urządzenie, obecnie wyposażone w nowe lasery kaskadowe z ITE i detektory podczerwieni firmy VIGO System S.A. wyprodukowane we współpracy z ITE, wykrywa amoniak w stężeniach od kilkudziesięciu cząsteczek na miliard.

Kwantowe lasery kaskadowe są znane zaledwie od kilkunastu lat. Budzą duże zainteresowanie, ponieważ umożliwiają budowę przenośnych detektorów wykrywających śladowe ilości substancji chemicznych, np. metanu w kopalniach czy niebezpiecznych gazów w przemyśle chemicznym. Obiecujące są także zastosowania medyczne. Lasery QCL w detektorach pomagałyby wykrywać nawet śladowe obecności markerów chorobowych w powietrzu wydychanym przez pacjenta. Ponieważ promieniowanie podczerwone przenika przez ludzkie ciało, pojawia się też możliwość bezpiecznego prześwietlania pacjentów z rozdzielczością lepszą od uzyskiwanej w ultrasonografii.

Instytut Technologii Elektronowej (ITE) w Warszawie prowadzi badania w dziedzinie elektroniki i fizyki ciała stałego oraz opracowuje, wdraża i upowszechnia nowoczesne mikro- i nanotechnologie w fotonice oraz mikro- i nanoelektronice. Instytut zajmuje się optoelektronicznymi detektorami i źródłami promieniowania, nowoczesnymi laserami półprzewodnikowymi, mikro- i nanosondami pomiarowymi, detektorami promieniowania jądrowego, mikrosystemami oraz czujnikami do zastosowań interdyscyplinarnych, a także specjalizowanymi układami i systemami scalonymi typu ASIC. W celu ułatwienia przemysłowi i jednostkom naukowo-badawczym dostępu do potencjału technologicznego, konstrukcyjnego i pomiarowego, w Instytucie utworzono Centrum Nanofotoniki, Centrum Nanosystemów i Technologii Mikroelektroniczych oraz Laboratorium Technologii Wielowarstwowych i Ceramicznych.


Dodaj komentarz do wiadomości..

Nauka - sondaż Racjonalisty

 Neuroenhancement, czyli chemiczne wspomaganie pracy mózgu to:
sposób na optymalne wykorzystanie ludzkiego potencjału
pożyteczna dziedzina badań naukowych
kolejny krok ku dehumanizacji człowieka
chwyt marketingowy przemysłu farmaceutycznego
zwykła życiowa konieczność
nie mam zdania
  

Oddano 25576 głosów.


Reklama

Racjonalista wspiera naukę. Dołącz do naszych drużyn klikając na banner!
 
 
 
Więcej informacji znajdziesz TUTAJ
[ Regulamin publikacji ] [ Bannery ] [ Mapa portalu ] [ Reklama ] [ Sklep ] [ Zarejestruj się ] [ Kontakt ]
Racjonalista © Copyright 2000-2018 (e-mail: redakcja | administrator)
Fundacja Wolnej Myśli, konto bankowe 101140 2017 0000 4002 1048 6365