مبدأ ضبط ليزر أشباه الموصلات القابل للضبط (الليزر القابل للضبط)

مبدأ الضبط لـليزر أشباه الموصلات القابل للضبط(ليزر قابل للضبط)

يُعدّ ليزر أشباه الموصلات القابل للضبط نوعًا من الليزر الذي يُمكنه تغيير طول موجة خرج الليزر باستمرار ضمن نطاق مُحدد. ويعتمد هذا النوع من الليزر على الضبط الحراري والكهربائي والميكانيكي لضبط طول التجويف وطيف انعكاس المحزز والطور ومتغيرات أخرى لتحقيق ضبط الطول الموجي. يُستخدم هذا الليزر على نطاق واسع في مجالات الاتصالات الضوئية، والتحليل الطيفي، والاستشعار، والطب، وغيرها. يوضح الشكل 1 المكونات الأساسية لـليزر قابل للضبطيتضمن ذلك وحدة تضخيم الضوء، وتجويف فابري-بيرو المكون من مرآتين أمامية وخلفية، ووحدة مرشح اختيار النمط البصري. وأخيرًا، من خلال ضبط طول تجويف الانعكاس، يمكن لمرشح النمط البصري الوصول إلى خرج اختيار الطول الموجي.

الشكل 1

طريقة الضبط واشتقاقها

مبدأ ضبط الأجهزة القابلة للضبطليزرات أشباه الموصلاتيعتمد ذلك بشكل أساسي على تغيير المعايير الفيزيائية لرنان الليزر لتحقيق تغييرات مستمرة أو متقطعة في طول موجة الليزر الخارجة. تشمل هذه المعايير، على سبيل المثال لا الحصر، معامل الانكسار، وطول التجويف، واختيار النمط. فيما يلي تفاصيل بعض طرق الضبط الشائعة ومبادئها:

1. ضبط حقن الناقل

تعتمد عملية ضبط الطول الموجي عن طريق حقن حاملات الشحنة على تغيير معامل انكسار المادة بتغيير التيار المحقون في المنطقة الفعالة لليزر شبه الموصل. فعند زيادة التيار، يزداد تركيز حاملات الشحنة في المنطقة الفعالة، مما يؤدي إلى تغيير في معامل الانكسار، والذي بدوره يؤثر على الطول الموجي لليزر.

٢. الضبط الحراري: يهدف الضبط الحراري إلى تغيير معامل انكسار المادة وطول تجويفها عن طريق تغيير درجة حرارة تشغيل الليزر، وذلك لتحقيق ضبط الطول الموجي. تؤثر التغيرات في درجة الحرارة على معامل الانكسار والحجم الفيزيائي للمادة.

3. الضبط الميكانيكي: يهدف الضبط الميكانيكي إلى ضبط الطول الموجي عن طريق تغيير موضع أو زاوية العناصر البصرية الخارجية لليزر. تشمل طرق الضبط الميكانيكي الشائعة تغيير زاوية محزز الحيود وتحريك موضع المرآة.

4. الضبط الكهروضوئي: يتم تحقيق الضبط الكهروضوئي بتطبيق مجال كهربائي على مادة شبه موصلة لتغيير معامل انكسارها، وبالتالي ضبط الطول الموجي. تُستخدم هذه الطريقة بشكل شائع فيالمعدلات الكهروضوئية (نهاية الشهر) والليزر المضبوط كهروضوئياً.

باختصار، يعتمد مبدأ ضبط ليزر أشباه الموصلات القابل للضبط بشكل أساسي على تغيير المعلمات الفيزيائية للرنان، والتي تشمل معامل الانكسار، وطول التجويف، واختيار النمط. تتضمن طرق الضبط المحددة: الضبط عن طريق حقن حاملات الشحنة، والضبط الحراري، والضبط الميكانيكي، والضبط الكهروضوئي. لكل طريقة آلية فيزيائية خاصة بها واشتقاق رياضي، ويجب مراعاة متطلبات التطبيق المحددة عند اختيار طريقة الضبط المناسبة، مثل نطاق الضبط، وسرعته، ودقته، واستقراره.