A física e aplicações de lasers aleatórias

Recentes desenvolvimentos no campo de micro e nanofotônica têm mostrado que é possível fazer uso da desordem intrínseca em materiais fotônicos úteis para criar estruturas ópticas. Um exemplo é o de um laser de forma aleatória, em que a acção do laser é obtido em estruturas desordenadas, tais como pós e vidros porosos. Embora estes materiais são fáceis de fabricar, só recentemente é que os investigadores começaram a compreender os processos de ricos e complexos físicos que ocorrem na amplificação sistemas desordenados. Aqui, vou dar uma visão geral dos vários resultados recentes e discutir a imagem física que surgiu agora. Eu também irá discutir possíveis aplicações deste novo tipo de doença com base em fonte de luz laser.

m laser é normalmente construído a partir de dois elementos básicos: um material que fornece ganho óptico através de uma emissão estimulada e cavidade óptica que parcialmente a armadilhas de luz. Quando o ganho total em a cavidade é maior do que as perdas, o sistema atinge um limiar e lases. É a cavidade que determina os modos de um laser, que é, determina a direção da saída e sua freqüência. Lasers aleatórios trabalhar com os mesmos princípios, mas os modos são determinado pela dispersão múltipla, e não por uma cavidade de laser.

spalhamento múltiplo é um fenômeno bem conhecido que ocorre em quase todos os materiais ópticos que aparecem opaco. É, portanto, bastante comum na vida diária e determina a aparência de, por exemplo, nuvens, tinta branca, pós e até mesmo humanos tecido. Os raios de luz que penetram esses materiais estão dispersos muitas vezes milhares de vezes de um modo aleatório antes de sair novamente.

O tipo de propagação é o de um passeio aleatório, tal como no movimento browniano das partículas em suspensão num líquido (Fig. 1). Os parâmetros fundamentais que descrevem este processo são o caminho livre médio (o tamanho do passo médio do passeio aleatório) econstante de difusão. Espalhando em desordenados materiais ópticos é complexo ainda completamente coerente. Thismeans que a fase de cada uma das ondas ópticas submetidos a um passeio aleatório é bem definido e efeitos de interferência pode ocorrer, mesmo se o material é fortemente desordenada. A visualização mais clara de interferência no multiplicam a luz dispersa é a de laser de speckle1, que é o padrão observado granulado quando se olha para um ponteiro laser que é dispersa a partir de, por exemplo, um pedaço de papel. A diferença entre o espalhamento de luz de difusão andmultiple é que a difusão refere-se a uma imagem simplificada de dispersão múltipla em que os efeitos de interferência são negligenciadas.

Espalhamento múltiplo devido a aleatoriedade não ocorre apenas em materiais naturais, mas também é intrinsecamente presente em materiais fotônicos, tais como cristais fotônicos, destinadas à realização de dispositivos ópticos. Nesses materiais, a dispersão múltipla tem sempre sido considerado uma propriedade indesejada decorrente de artefatos estruturais. Agora tornou-se claro que esses artefatos são difíceis evitar e formar uma grande bottleneck2 industrial. Usando espalhamento múltiplo para introduzir novas funcionalidades, portanto, abre-se uma perspectiva completamente nova sobre a desordem em materiais fotônicos.

Propriedades de emissão de um laser RANDOM

Difusão da luz com o ganho já foi discutido teoricamente por Letokhov na década de 1960. Ele argumentou que, por um processo de difusão com a amplificação, uma situação em que o ganho total é proporcional ao volume é obtido, enquanto que as perdas serão proporcionais

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ao surface total. Em seguida, é fácil ver que não existe um volume crítico acima do qual o ganho se torna maior do que a perda, e diverge da intensidade. Se o ganho depende do comprimento de onda, o modelo também prevê que o espectro de emissão se reduz acima do limiar com uma intensidade máxima no comprimento de onda do máximo de ganho. Além disso, as oscilações de relaxação, assim como cravação de laser podem ser encontrados em tal modelo difusivo 4. Várias destas características foram efectivamente observados em experimentos. Briskina e colegas de trabalho 5 e depois Migus e colegas de trabalho 6 feita de um material desordenado amplificação por trituração laser de cristal em um pó fino. Theymanaged para excitar este pó opticamente e atingir o ganho óptico através de emissão estimulada em conjunto com a dispersão múltipla. Acima de um certo limiar, o ganho nível, o espectro de emissão foi observada para diminuir e a a intensidade do pico a aumentar (Figura 2). Uma outra estratégia para alcançar dispersão múltipla com o ganho foi seguido por Lawandy et al. 7 , Que suspenso em micropartículas corante laser. As vantagens de uma tal material são que a quantidade de dispersão pode ser facilmente variada alterando a concentração de partículas e que o material é um suspensão e, portanto, fluid8 . Lawandy chamado este laser de material pintar, uma vez que constitui um laser que pode ser pintado directamente numa superfície. Em trabalho mais cedo, Lawandy não foi sempre em regime de lasing aleatória e igualmente observados efeitos semelhantes em zero ou muito pequena partícula concentration9, 10 . Ele corrigiu esta tarde em work11 . Para ligar um material de um laser aleatório, o processo de dispersão múltipla tem para desempenhar um papel na determinação do processo de laser. O termo aleatório lasing foi introduzido em 1995 (4,9 refs).

Abordagens teóricas mais tarde abordou a questão interessante de estatísticas de fótons em aleatório emissão laser. Verificou-se que as estatísticas de fótons de um laser aleatório são muito semelhantes aos de um laser de regular, em vários aspectos. Lasers regulares, por exemplo, exibem excesso de ruído fotónico que se origina a partir da interferência entre emission12 espontânea e estimulada. Beenakker e um colega de trabalho mostrou, em cálculos matriciais aleatórios, que o ruído de fótons excesso também é esperado para ocorrer em lasers aleatórias acima threshold13, 14.

Figura 1 espalhamento de luz múltiplas com ganho. Um conjunto aleatório de microesferas contendo corante laser é excitado (por exemplo, por uma fonte de luz externa) para obter inversão de população. As microesferas de dispersão de luz então e amplificá-lo no processo. A propagação das ondas de luz torna-se a uma caminhada amplificado ao acaso.

Florescu e John calculado o grau de segunda ordem coerência que é uma medida da flutuação da intensidade e que caracteriza a emissão de um laser. A distribuição temporal de fótons de uma fonte caótico é ajuntado (fótons têm um alto probabilidade de chegar juntos ou em outras palavras, eles viajam em "cachos"), o que leva à chamada condensação de Bose-Einstein estatísticas. este i em contraste com as estatísticas poissonian do estado coerente de um laser onde os fótons são mais bem distribuídas no tempo. Florescu e João previu que um laser aleatório acima do limiar deve apresentam estatísticas poissonian, como um laser normal 15 . este resultado poderia ser obtido por levar em conta apenas a dispersão difusivo e nenhum feedback coerente. Poissonian fóton estatísticas de forma aleatória emissão laser foram observadas pela primeira vez em experiências por Cao et al. 16.

Embora um simplifiedmodel de difusão com o ganho, conforme originalmente discutida por Letokhov, é muito potente para prever certas propriedades de emissão de um laser de forma aleatória, mas também negligencia alguns aspectos importantes. Em particular, ele negligencia o fato de que os raios de luz em um laser aleatório, ao submeter-se um passeio aleatório, são sujeitas aos efeitos de interferência. É a interferência no processo de dispersão múltipla que determina a estrutura de um laser de modo aleatório....

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Figura 2 A observação de lasing aleatória. O espectro de emissão de um material aleatório-laser sólido baseado em neodinium-(Nd3 +) dopado com óxido de lantânio (La2O3). um, O espectro de fluorescência do material abaixo do limiar. b, O material está acima do limiar e o espectro restringe fortemente. Reproduzido com permissão do ref. 5.

Modos em um laser regulares são determinadas pela cavidade do laser e consistem geralmente em pé padrões de ondas. Em um laser aleatório, o perfil espacial dos modos é dominado por um padrão de manchas com um envelope variando gradualmente. Esta interferência tem um papel importante em todos os materiais de laser aleatório que têm sido estudados, até agora, incluindo as primeiras estruturas realizados, por exemplo, Briskina, Migus e Lawandy e seus respectivos colegas de trabalho (ver Quadro 1).

Neste contexto, a relação entre lasing aleatória e emissão espontânea amplificada pode também ser compreendida. Emissão espontânea amplificada é luz que se origina a partir de emissão espontânea e que posteriormente é amplificada por emissão estimulada. Este processo ocorre sem uma cavidade óptica e pode, portanto, ocorrer mesmo em completamente transparentes materiais ativos onde os raios pode propagar livremente. O espectro de emissão espontânea amplificada é determinada pela curva de ganho do material activo. Devido ao processo de emissão estimulada, esta luz pode mesmo tornar-se altamente coerente sob certas condições (ver Quadro 2). Emissão espontânea amplificada é muitas vezes classificada como de laser sem espelhos 17. Em um laser aleatório, por outro lado, o processo de dispersão múltipla-define modos ópticos com uma certa frequência central e da largura de banda, tempo de vida e um perfil rico espacial. Lasers aleatórios são, portanto, "espelho-menos", mas não "de modo menos"

ESTRUTURA DE UM MODO laser aleatório

Para desenvolver uma teoria que pode descrever todos os aspectos de um laser aleatório é muito difícil. Um modelo completo teria de incluir a dinâmica do mecanismo de ganho, porque o ganho de saturação constitui um aspecto intrínseco de um sistema de amplificação acima do limiar. Sem saturação de ganho, a intensidade iriam divergir levando a resultados não físicas. Além disso, os efeitos de interferência têm de ser incluídos para descrever a estrutura de modo. Interferência na dispersão múltipla conduz a uma distribuição granular da intensidade chamado salpico (Fig. 3). Na maior parte dos materiais aleatórias, a intensidade é espalhada em toda a amostra e os modos são estendidos. Em certos materiais aleatórias, a interferência pode levar a um efeito chamado de luz localization18-20, o qual é a contrapartida óptica

Anderson localização de electrões 21. Devido à interferência, a propagação de ondas livre e, assim, o processo de dispersão múltipla, vem praticamente a uma parada no referido processo. Isto pode ser compreendido em termos de formação de modos aleatoriamente em forma fechada, mas com uma amplitude total decaimento exponencial (Fig. 3). A extensão média espacial desses modos localizados define uma escala de comprimento chamou a comprimento de localização. Localização só pode ter lugar em óptica materiais que são extremamente forte dispersão, a exigência sendo que A média de caminho livre `torna-se menor do que o recíproco wavevector: k `≤ 1. Isto também é conhecido como o criterion22 Ioffe-Regel.

Quadro 1: Definição de um laser aleatório

Existe amisconception na literatura actual que difusivos e coerente lasers aleatórios devem ser distinguidas entre si. Esta distinção pode sugerir que, em alguns materiais no processo de dispersão de luz é sujeito a efeitos de interferência, enquanto que em outros, não é. Em todos os materiais de random-laser, o processo de dispersão múltipla é elástica, de modo que os efeitos de interferência estão presentes e uma parte do problema físico. A

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questão é se o efeito de interferência é observado este em uma configuração específica experimental. Por exemplo, usando pulsos de excitação ou longas

pela média de mais de vários disparos de laser, alguns efeitos de interferência é calculada a média para fora. Os efeitos remanescentes após média, tal como um estreitamento suave do espectro, pode ser descrita por um modelo simplificado de difusão com o ganho que não precisa levar em conta a interferência. No entanto, é possível observar a partir do material aleatório mesmo laser ou um espectro liso ou picos estreitos. Este último só pode ser modelado, tendo em conta os efeitos de interferência. Para modelar um laser aleatório corretamente requer a resolução de equações de Maxwell para um sistema de índice de refração variando aleatoriamente com uma parte positiva imaginário. Os modos ópticos que se encontram neste forma são complexas e podem ser localizadas ou Anderson confinada a um espaço ou estendida, de acordo com a livre média caminho da amostra. Além disso, outras propriedades podem determinar A natureza dos modos, tais como a quantidade de (a longo prazo) correlação no índice de refracção ou a presença de ordem parcial ou forte anisotropia.

Dada a larga escala de materiais que são estudadas no contexto de lasing aleatória, e os ricos física de amplificar sistemas aleatórios, é importante fornecer uma definição clara do que se entende por um laser aleatório. Uma boa definição de um laser é uma óptica estrutura ou material que satisfaça os dois critérios seguintes: (1) a luz é multiplamente dispersos devido a aleatoriedade e amplificada por emissão estimulada, e (2) existe um limiar, devido ao espalhamento múltiplo, acima do qual o ganho total é maior do que a perda total .

Esta definição inclui todos os sistemas de espalhamento múltiplas com o ganho em uma ampla variedade de caminhos livres médios `. Considerando que não há limite inferior para `, um limite superior é de aproximadamente o tamanho do sistema, caso contrário, a amostra torna-se transparente.

Caixa 2: Como coerente é um laser (aleatório)?

Retorno coerente não é necessária para obter lasing aleatória. A razão é que, tal como em um laser regular, que não é a própria cavidade, que é essencial para a obtenção de laser coerente emissão. Para entender isso melhor coerência, de primeira e de segunda ordem devem ser distinguidos entre. De primeira ordem coerência é uma medida de flutuações do campo, enquanto que as contas de segunda ordem de coerência para as flutuações de intensidade.

Para uma fonte de largura de banda suficientemente estreito, a coerência de primeira ordem é automaticamente elevada. Portanto, qualquer mecanismo que selecciona uma banda de comprimento de onda específico estreitos (por exemplo, um filtro passa-banda), cria de primeira ordem coherence 65 . Segunda ordem coerência é mais difícil de obter devido à tendência de fótons para 'bando', o que cria grande intensidade fluctuations.In um laser, de segunda ordem coerência é obtida pela saturação do ganho. Este efeito não linear limita as flutuações da intensidade e, consequentemente, aumenta a coerência de segunda ordem. Se a luz é de primeira e segunda ordem coerente, a emissão pode ser chamado de "coerente". A cavidade do laser cria feedback e, assim, forma uma conveniente mecanismo que provoca automaticamente a saturação de ganho necessária para segunda ordem luz coerente. No entanto, existem outras situações em que o ganho de saturação de luz que tem cria segunda ordem coerência. Um exemplo é o da amplificação de fótons emitidos espontaneamente por emissão estimulada. Se o ganho é grande, a intensidade irá crescer tal que esgota o ganhar meio completamente. Isto irá eliminar as flutuações do a intensidade e, assim, dar origem a segunda ordem, a coerência ou em outras palavras, para a característica "poissonian 'fóton estatísticas que caracterizam a emissão coerente de uma fonte de laser. Este também explica como um laser aleatório podem exibir emissão coerente, independentemente do grau de localização dos modos e a quantidade de feedback "coerente".

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necessidade de um modelo detalhado de lasing aleatória tornou-se clara depois de uma observação por Cao e colaboradores, que descobriu que as experiências realizadas cuidadosamente revelou picos estreitos no espectro de emissão em cima de um estreitamento global de 23 (Fig. 4). Tentativas de entender a origem desses picos levaram a uma discussão viva na literatura. Na primeira, foi proposto que a localização Anderson poderia estar por trás da emissão estreita picos de 24-26. A idéia de usar a localização para lasing já tinha sido introduzido por Pradhan e Kumar 27 e foi pego por Jiang e Soukoulis 24 e Vanneste e Sebbah26. Eles calcularam o comportamento de sistemas de amplificação das dimensões inferiores, tais como pilhas e guias de onda planares randommultilayer com transtorno, e descobriu que estados localizados podem aprisionar a luz e, assim, aumentar lasing efeitos. No entanto, enquanto que a localização é relativamente fácil de obter em dimensões menores, é extremamente difícil a obtenção de três dimensões (3D) sistemas de 22. A razão é que o Ioffe-Regel critério k `≤ 1 é muito difícil de cumprir em óptica. mais aleatória opticalmaterials tem k `valores que aremuch maior que 1 e os cuidados que devem ser tidas em extrapolar os resultados teóricos para sistemas de 1D e 2D para 3D materiais. Numa série de experiências recentes, verificou-se que o estreito picos de um laser aleatório pode ser observado em quase todo o gama de forças de dispersão que é facilmente acessível experimentalmente, com valores de k `variando entre 10 e 104 (refs 28-30). como estes forças de dispersão são muito fraca para produzir Anderson-efeitos de localização, os pesquisadores começaram a procurar alternativas modelos. Um mecanismo alternativo que poderia levar a ressonâncias Foi ugerido, por exemplo, por Apalkov et al., que discutiu

A necessidade de um modelo detalhado de lasing aleatória tornou-se clara depois de uma observação por Cao e colaboradores, que descobriu que as experiências realizadas cuidadosamente revelou picos estreitos no espectro de emissão em cima de um estreitamento global de 23 (Fig. 4). Tentativas de entender a origem desses picos levaram a uma discussão viva na literatura. Na primeira, foi proposto que a localização Anderson poderia estar por trás da emissão estreita de picos de 24-26. A idéia de usar a localização para lasing já tinha sido introduzido por Pradhan e Kumar 27 e foi pego por Jiang e Soukoulis 24 e Vanneste e Sebbah26. Eles calcularam o comportamento de sistemas de amplificação das dimensões inferiores, tais como pilhas e guias de onda planares randommultilayer com transtorno, e descobriu que estados localizados podem aprisionar a luz e, assim, aumentar lasing efeitos. No entanto, enquanto que a localização é relativamente fácil de obter em dimensões menores, é extremamente difícil a obtenção de três dimensões (3D) sistemas de 22. A razão é que o Ioffe-Regel critério k `≤ 1 é muito difícil de cumprir em óptica. Mais aleatória opticalmaterials tem k `valores que aremuch maior que 1 e os cuidados que devem ser tidas em extrapolar os resultados teóricos para sistemas de 1D e 2D para 3D materiais.

Numa série de experiências recentes, verificou-se que os picos estreitos de um laser aleatório pode ser observado em quase toda a gama de forças de espalhamento, que é facilmente acessível experimentalmente, com valores de k `variando entre 10 e 104 (refs 28-30) . Como essas forças de dispersão são muito fraca para produzir efeitos de localização de Anderson, os pesquisadores começaram a buscar modelos alternativos. Um mecanismo alternativo que poderia levar a ressonâncias foi sugerido, por exemplo, por Apalkov et al., Que discutiu teoricamente as consequências de ter um índice de refracção que varia randomly31 . Eles sugerem que, num sistema de 2D, o aleatório variações do índice de refração poderia causar, por acaso, estruturas que actuam como guias de onda, deste modo formando os modos ressonantes.

Para entender melhor a estrutura de um modo de laser aleatório, os pesquisadores perceberam que era crucial para primeiro entender os modos de passivos materiais aleatórios sem ganho. Para o efeito, as estatísticas de taxa de decaimento dos modos são extremamente úteis porque fornecer uma ferramenta clara para investigar a localização e determinar se um material sustenta modos localizados ou estendida, ou both32-34. Se o ganho é então introduzida em tais materiais, será os modos com a duração mais longa que possuem o limiar inferior de laser e que adquirem a maior intensidade 35. Chabanov et al. Estudado estas estatísticas taxa de decaimento experimentalmente e sugeriu que os modos de vida longa estendidos, em regular materiais difusivos, pode ser

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responsável para os picos observados estreitas aleatória-laser espectros 33. Mujumdar e colegas de trabalho então calculada estes modos em simulações numéricas e descobriu que na verdade, em um sistema finito de tamanho aleatório existe um subconjunto de raras modos estendidos com longa vida útil, que se tornam muito importante quando o ganho é introduzido 29. Mujumdar e colaboradores mostraram que os fotões da sorte '' que são espontaneamente emitida em tais modos de vida longa pode adquirir uma enorme ganho e dão origem a picos no espectro de emissão de um laser de forma aleatória.

Figura 4 o espectro de emissão Complexo exibindo picos estreitos. Os espectros de emissão de um laser aleatório exibindo uma redução global do espectro juntamente com picos estreitos com frequências ao acaso. A amostra é composta de pó de óxido de zinco com grãos tamanho da ordem de 100 nm e é excitado por laser de impulsos de 15 ps de duração de pulso 355 nm (área de excitação de baixo para cima: 980, 1.350 e 1.870 mm2 ). Reproduzido com permissão do ref. 23.

Figura 3 Extensão contra localizadas modos ópticos. Diferenças finitas no domínio do tempo cálculo da distribuição da intensidade do campo electromagnético, em uma desordenada sistema. a, Um modo localizado. Aqui, a luz está confinada a um modo com exponentiall deteriorando caudas. b, um modo estendido. O padrão fortemente flutuante é chamado speckle. O cálculo realiza-se por um guia de ondas planar com 2D aleatório pores. Um padrão similar pode ser esperado dentro 3D materiais aleatórios.

Para determinar experimentalmente o grau de localização do aleatório-laser, modos de van der Molen et al. analisaram experimentalmente sua extensão espacial por confocalmicroscopy 36 . Neste experimento, foi thematerial ambos analisados e animado através da objetiva do microscópio mesmo, o que significava que a região animado era pequeno. Os modos que foram observados desta forma do mesmo tamanho que o diâmetro da região animado, de modo que não era capaz de discriminar entre os modos localizadas ou estendida. recentemente, os modos de um laser aleatório foram calculados e visualizados por Sebbah et al. em directo de diferença finita no domínio do tempo de cálculos (Fig. 5). Eles observaram que os modos longos que cobrem toda a amostra pode formar modos de laser e levar a emissão espectral estreita 37, mesmo se o seu fator de qualidade é muito baixa.

Embora seja atualmente desconhecida com certeza se lasing em óxido de zinco, como estudado primeiro por Cao e colegas de trabalho, ocorre em modos localizados ou estendida, um acordo global de possíveis mecanismos de laser aleatório se apresentou. Tanto modos estendidos e localizados em sistemas aleatórios podem lase e levar à saída espectralmente estreito e coerente. Dependendo da geometria experimental, isso pode ser observado como picos estreitos, ou como estreitamento global do espectro se os picos estreitos são calculadas as médias para fora. As diferenças entre o localizado e extendedmode imagem incluem o grau de acoplamento de modo, que é, obviamente, muito menor para o caso localizado. Modos localizados também sofrem mais com a saturação de ganho porque eles dispõem de um volume menor ganho. A intensidade contida nos modos estendida pode portanto, crescer muito mais elevado antes que o ganho está esgotada. O debate que se desenvolveu na literatura sobre o assunto mostra como rico e complexo dos processos físicos por trás espalhamento múltiplo em sistemas aleatórios são, especialmente quando o ganho é introduzido o problema.

Figura 5 cálculo numérico do perfil de modo. Cálculo numérico da ISTRIBUIÇÃO da intensidade de campo electromagnético, de um laser aleatório. O modo de traçado é acima do limiar e lases. A extensão espacial do modo é grande e que abrange uma parte significativa da amostra. Reproduzido com permissão do ref. 37....

COMPORTAMENTO caótico e LEVY ESTATÍSTICAS

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Um laser que sustenta um grande número de modos que são fortemente acopladas podem tornar-se muito sensíveis às condições de contorno. Em uma configuração pulsada, como um laser pode mostrar um comportamento caótico em sua resposta temporal e espectral. Se não houver uma frequência específica que domina as outras, o laser pode ter um espectro diferente de cada vez que ele é excitado. A razão para isto é que começa a partir de lasing emissão espontânea, que é diferente em cada pulso. Em um laser de forma aleatória, uma situação similar pode ser esperado devido ao grande número de modos aleatórios que competem para o ganho disponível. Conti e co-trabalhadores 38 mostraram que isto pode levar a um laser aleatório a um comportamento semelhante ao de uma transição de vidro, em que uma determinada configuração é "congelado". Modo de acoplamento é particularmente forte para os modos estendidos que cobrem um grande volume de amostra.

Vários modos podem ocupar parcialmente o mesmo volume e, consequentemente, competir pelos mesmos gainmolecules. Acoplamento Themode, portanto, ocorre através do mecanismo de ganho, o que significa que os modos de diferentes comprimentos de onda pode ainda ser acoplado, mesmo que eles não são espectralmente sobreposição.

Sob as condições apropriadas, um laser aleatório pode, por conseguinte, tornam-se muito sensíveis a pequenas flutuações de intensidade, no início de cada impulso de laser. Tais efeitos podem ser observados no espectro de emissão do laser aleatórios 39. Verificou-se que a emissão estreito picos do espectro de emissão pode mudar a frequência de uma forma aleatória a partir de um impulso de excitação para o outro. O espectro de emissão são, então, completamente não correlacionadas de tiro a tiro (Fig. 6a). À medida que as partículas de dispersão não estão em movimento nestas experiências, e todas as outras condições são mantidas perfeitamente constante, estas diferenças entre espectros só pode ser devido à emissão espontânea a partir da qual o laser começa aleatória em cada tiro.

Este comportamento caótico é observado apenas sob condições específicas, utilizando, por exemplo, uma fonte de excitação rápida e pela recolha de um único tiro espectros de emissão. Modo de acoplamento em lasers aleatórias foi mostrado para levar a repulsão nível, o que significa que as ressonâncias que estão muito próximos do comprimento de onda se repelem, aumentando assim o seu comprimento de onda difference36, 40. Além disso, o limiar de um sistema aleatório laser pode apresentar um comportamento caótico, no sentido em que, em condições repeatableexperimental o sistema salta por cima e abaixo do limiar, conforme mostrado por Anglos e colegas de trabalho 41 (Fig. 7). Isto pode novamente ser entendida como sendo devido a uma sensibilidade muito elevada do sistema de pequenas flutuações de intensidade 42.

Uma consequência interessante destas fortes flutuações é que a distribuição de intensidade não obedece estatísticas regulares gaussianas, mas torna-se do tipo de Levy. Levy distribuições têm uma variação infinita, devido à ocorrência de valores raras, mas muito grande, e são caracterizadas por uma lenta decomposição cauda (lei de potência). Tais distribuições aparecem em vários processos na natureza. O padrão alimentar de busca de albatrozes foram, por exemplo, encontrou a obedecer Levy estatísticas 43. Apesar de ser muito raro encontrar tais comportamento em óptica, os grupos de Kumar e Ramachandran conseguiu identificar as estatísticas Levy na distribuição da intensidade de um laser aleatório 44. Mais tarde, esse tipo de comportamento também foi encontrada em dinâmica molecular do tipo simulações 45 (Fig. 6b). Em particular, ela verificou-se que existe um regime em torno do limiar de laser onde as estatísticas Levy aplicar, ao passo que ambos muito abaixo e muito acima limiar das estatísticas permanecem gaussiana. Este regime Levy é provavelmente também o intervalo em que os espectros de comportar caoticamente.

Figura 6 comportamento caótico e estatísticas Levy. uma série, de espectros de emissão tomado em tiros de excitação sucessivas. O espectro de um único tiro são claramente muito diferente, indicando um comportamento caótico. A amostra é composta de vidro poroso dopado com laser corante e está animado por pulsos de um único tiro de laser de 15 ps duração de pulso e 532 nm comprimento de onda. b, o diagrama de fase de aleatórios-laser flutuações (ganho comprimento versus tamanho da amostra). No regime de vermelho, as estatísticas das flutuações de intensidade devem ser do tipo de Levy. A linha azul indica a soleira. α é a razão entre o comprimento de ganho e

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o comprimento do percurso médio da luz no interior da amostra. Note-se que α = 1 corresponde, por conseguinte, para o limite de laser. Reproduzido com permissão do ref. 39 (a) e ref. 45 (b).

Figura 7 flutuações de limite. Série de espectros de emissão a partir de um laser aleatório com base em um polímero de óxido de zinco composto. um, picossegundo, a intensidade do pico elevado excitação. b Nanosecond, excitação intensidade modesto pico perto do limiar. O série corresponde a espectros de emissão observada em impulsos de excitação sucessivas. Embora a energia de excitação é constante, o sistema salta por cima de forma aleatória e abaixo do limiar em eventos de excitação sucessivas, como é claramente visível na b. estes fortes flutuações novamente indicam um comportamento caótico do sistema. Reproduzido com permissão do ref. 41.

As flutuações tiro-a-tiro-são provavelmente a razão por que alguns estudos iniciais experimentais ter perdido a observação de picos estreitos 46. Se vários tiros de emissão são calculados sobre, com o laser aleatório estar no regime caótico, os espigões será a média para fora. O mesmo poderia possivelmente ocorrer mesmo dentro de um único impulso de excitação, se a duração do impulso é suficientemente longo. Portanto, as condições ideais para a observação de picos parecem ser de excitação (picosegundo) de curto e de um único tiro de observação. Os detalhes deste comportamento caótico são, no entanto, ainda não totalmente compreendida e pesquisas futuras é necessário para entender melhor o rico física envolvida...

Materiais e mecanismos GANHO

Uma vasta gama de random-a laser de materiais que podem ser produzidos de forma relativamente fácil a uma escala industrial se encontra disponível. Ao realizar um material aleatório-laser, é importante para criar a dispersão suficiente forte para o material a ser opticamente espesso. Isto é, o percurso livre médio `deve tornar-se, pelo menos, menor do que a espessura da amostra. Desta forma, o material irá aparecer opaco, em contraste com as amostras opticamente finas que parecem quase transparente. Dispersão suficiente forte pode ser alcançado através da trituração de um material em pó, suspendendo os espalhadores em solução, ou, por exemplo, por decapagem uma rede porosa de ar para dentro de um vidro sólido ou cristal semicondutor 47. O último destes tem a vantagem de que ele pode levar a dispersão muito forte, enquanto o tamanho do poro e, portanto, a força de dispersão, pode ser controlada no processo de corrosão.

A desvantagem de solo e materiais gravados é que o diâmetro e forma dos elementos de dispersão permanece mal definida. Uma abordagem diferente para alcançar dispersão forte e controlável foi recentemente apresentado pela montagem esferas monodispersas de forma aleatória 48 (Fig. 8a). Em analogia com cristais fotônicos, que consistem de um conjunto ordenado de microesferas, os investigadores batizaram este novo material aleatória de um vidro fotônico. Usando esferas monodispersas, um material em que a dispersão de determinados comprimentos de onda é ressonante com o diâmetro da esfera pode ser obtida. Isto leva à dispersão ressonante forte, o que favorece a laser aleatório modos nos comprimentos de onda específicos das ressonâncias. Assim, as bandas de emissão do laser aleatório poderia ser ajustado deste modo, variando o diâmetro da partícula. Essencial para a realização de um laser aleatória é suficiente para se obter o ganho para atingir o limiar de laser. Felizmente, um cristal de laser mantém a sua capacidade para amplificar a luz por emissão estimulada após trituração. Um bom candidato para este é de titânio dopado com safira, que emite no comprimento de onda visível e do infravermelho próximo. Um material cristalino alternativo é o óxido de zinco, o que é muito adequado para lasing aleatório na região perto do ultravioleta, devido ao seu alto ganho e um forte potencial de espalhamento. para visível comprimentos de onda, o ganho pode ser obtido por laser de corantes que incorporam, em solução ou incorporados nos elementos de espalhamento ou o sólido em torno deles.

Em todos os casos, o material tem de ser ganho animado para atingir um inversão de população. Como em muitos lasers de corantes e de estado sólido, este pode ser conseguido através de bombeamento óptico. Quase todos os lasers aleatórias que têm sido realizados até agora funciona em regime pulsado, e estão excitada por um laser de bomba de alta potência.

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O mecanismo de excitação não é tão simples como um laser regular, porque a bomba luz também é multiplamente disperso na estrutura desordenada. Este essencialmente leva à propagação difusora da luz de excitação e, portanto, a, a dependência de primeira ordem, linear da excitação energia com a profundidade. Embora seja relativamente fácil de sintetizar um laser aleatório material que suporta os modos longos, é extremamente difícil para realizar um em que os modos são localizadas. Isto requer dispersão muito forte e, por conseguinte, elementos de espalhamento com uma dimensão comparável ao comprimento de onda e do índice de refracção muito elevado. Em ao mesmo tempo, a absorção tem de ser evitada, porque seria contraproducente para laser. Uma abordagem possível é tentar induzir uma inversão de população na arsenieto de gálio ou desordenada outras estruturas semicondutoras 49

. Evidências de Anderson localizada modos de ondas de luz infravermelha, até agora, foi encontrado na multa pós de arsenieto de gálio, que tem um índice de refracção tão elevado como 3.5 (refs 50-52). Para luz visível, assinaturas de modos localizados com vida longa têm sido encontrados no pó de dióxido de titânio, que tem um índice de refracção de cerca de 2,7 (refs 53-55).

Figura 8 Random-laser de materiais. de um vidro, Photonic consistindo de um conjunto aleatório de microesferas altamente monodispersas. As ressonâncias de levar as esferas a dispersão forte em comprimentos de onda específicos, que podem ser usados para ajustar o espectro de emissão de um laser de forma aleatória. b, caminhada Quasi-2D aleatória com o ganho de um laser aleatório com base no polímero disperso cristais líquidos. A dispersão múltipla nestes materiais é devido a pequenas gotas de cristal líquido (mostrado como esferas laranja) incorporada em uma matriz de polímero. As gotículas conter dye laser para obter simultaneamente a dispersão e ganho óptico. Se um campo eléctrico E é aplicada na direcção vertical, as moléculas de cristal líquido se alinham ao longo do campo (como mostrado na vista ampliada) ea dispersão torna-se altamente anisotrópica. Esta anisotropia é tão forte que ela conduz a um processo de difusão quasi-2D. O efeito permite o controlo eléctrico sobre a emissão de um laser aleatório: quando o campo eléctrico é aplicado, a emissão recupera (planar) direccionalidade e torna-se polarizada. Reproduzido com permissão do ref. 48 (a) e ref. 56 (b).

APLICAÇÕES

Uma grande vantagem dos lasers aleatórias mais lasers regulares é que a sua produção é barata e a tecnologia necessária relativamente simples. Os métodos de alta precisão necessários para criar microcavidades ultraprecise, utilizados em favor, por exemplo, lasers de diodo, não são necessárias aqui. Além disso, os materiais podem ser produzidos em grande escala e têm uma eficiência de emissão elevada. As propriedades que tornam um laser aleatório especial no que diz respeito aos lasers regulares são a sua cor e dependência angular, bem como as suas características complexas em espectros de emissão. A distribuição angular da saída de um laser aleatório é muito ampla e pode ser distribuída ao longo do ângulo sólido de 4π completa. Esta emissão gama angular é em princípio ideal para aplicações de exibição. No entanto, para desenvolver tais aplicações, é fundamental ter o controle sobre a elétrica emissão. Verificou-se por Gottardo et al. 56 que esta direccionalidade pode, efectivamente, ser electricamente ligado através da realização de um laser aleatório de uma polímero de cristal líquido disperso, um material geralmente aplicado a perceber telas de cristal líquido. Nestas experiências, um novo tipo de activa-polímero de cristal líquido disperso foi realizada utilizando-líquido gotas de cristal em uma matriz de polímero com adição de corante laser. O gotículas de cristal líquido são opticamente birrefringentes e, por conseguinte, dar origem a um processo de difusão extremamente anisotrópico, quasi-2D, quando todas alinhadas na mesma direcção por um campo eléctrico (Fig. 8B). o resultado é um laser que emite aleatório principalmente num plano e de que a saída é polarizada com polarização controlável.

Uma vantagem particular de random-laser de materiais é a de que eles podem ser preparados sob a forma de suspensões de partículas que podem ser aplicados como revestimentos sobre as superfícies de 57 forma arbitrária. Isto tem um potencial interessante para a iluminação ambiente, por exemplo, sob a forma de iluminação de rua, que é aplicado directamente na estrada. Um tal revestimento pode também ser aplicado a veículos rodoviários, navios e aeronaves. A mesma tecnologia foi patenteada para uso na identificação de veículos amigos / inimigos 58.

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Além de controle elétrico sobre aleatório emissão laser, ajuste da temperatura tem sido demonstrada como bem 59 . Neste caso, o espectro aleatório-laser depende fortemente ambiente temperatura e do laser aleatório pode ainda ser levado acima e abaixo do limiar por mudanças de temperatura. Isto pode ser aplicado para temperatura de sensoriamento remoto em ambientes hostis, inserindo um grão de random-laser de materiais no meio ambiente e de sondagem seu espectro de emissão remotamente com um telescópio. Além disso, esta propriedade pode ser aplicada para criar revestimentos de qual a cor é dependente da temperatura e, por exemplo, com janelas inteligentes diferentes propriedades ópticas no verão / inverno. A combinação da localização e lasing aleatório é particularmente interessante porque cada indivíduo aleatório-laser fonte daria um espectro de emissão original definida pela modos específicos localizados em cada amostra. Para complicar caótico efeitos devido à concorrência de modo seriam também muito mais fraco em Neste caso. Isto iria permitir a codificação de objectos e, por exemplo, documentos ou notas de banco, por incorporação de uma pequena quantidade de random-laser de material que se manifestaria com uma única espectro de emissão, mas apenas quando excitada por uma fonte de luz brilhante. A localização pode ser relativamente facilmente obtido em menor sistemas dimensionais, tais como multicamadas aleatórios e planares guias de onda com transtorno. Recentemente, Milner e Genack demonstrado experimentalmente que os modos localizados em amplificar multicamadas aleatórios podem realmente ser criado, e que estes 1D sistemas podem ser trazidos para lase 60 . A saída é neste caso completamente direccional, a partir de um laser de regular. O espectro pode tornam-se muito estreitas e a saída é novamente coerente. Um útil propriedade deste laser aleatória é que a cavidade é intrinsecamente robusto contra a desordem. Erros de fabricação pequenas podem mudar a frequência dos modos de laser, mas não estragar a eficiência de o sistema.

Recentemente, um aplicativo foi proposto para lasers aleatórias em uma área muito diferente, ou seja, de diagnósticos médicos. Vardeny e colaboradores descobriram que o espectro de emissão do tecido canceroso humano, quando dopados com laser de corante, podem ser distinguidos de tecido saudável 61. Isto permitiria uma estratégia alternativa para o diagnóstico de tumores. Os links dos resultados para o campo muito ativo de imagens biomédicas com andmakes luz difusa usar o fato de que o tecido diferente e tipos de osso têm diferentes estruturas ópticas e média caminhos livres. Técnicas como a densidade de fotões análise e espectroscopia de onda da onda de difusão, todas baseadas no conhecimento de espalhamento de luz múltiplo em sistemas aleatórios, já provaram o seu valor na aracterização do tecido e do fluxo sanguíneo monitoramento durante o tratamento e cirurgia 62. Outro tema para pesquisas futuras poderia ser o estudo dos efeitos de interferência de luz de excitação espalhada e multiplicar a olhar para as correlações de fase entre as moléculas excitadas resultantes do padrão de modo a luz de bomba. Tais correlações de fase pode, por exemplo, levar a efeitos, tais como super-radiância, em que a fase bem definida entre as moléculas emissores leva a efeitos de emissão coerentes. Em particular, a interferência construtiva conduz, neste caso, a um pico de emissão elevada e rapidamente decadente que depende do quadrado do número de moléculas.

O principal desafio para o desenvolvimento de futuras aplicações é a de excitação eléctrica de um material aleatório-laser, que é crucial para a exibição e tecnologia da iluminação. Condutância elétrica vai ser uma questão importante aqui, devido ao caráter desordenado e muitas vezes porosa dos materiais em estudo. estudos iniciais de pós de terra-rara-dopados óxido, que pode ser excitado electricamente foram realizadas por Rand e colegas de trabalho 63. Curiosamente, lasing aleatória por bombeamento eléctrico tem sido recentemente realizado no regime terahertz por Mahler e Tredicucci 64. Eles conseguiram observar lasing aleatória de modos localizadas num 1D quasi-periódica estrutura, o dispositivo de bombeamento eléctrico com uma eficiência muito alta. Embora o desenvolvimento de aplicações de lasers aleatórias agora está em seu caminho, ele também se tornou claro que a física destes materiais é muito rica e é obrigado a fornecer-nos com mais surpresas no futuro próximo. Em estudos futuros, seria interessante para combinar forte espalhando com ganho e tentar observar assinaturas diretas de Anderson localização de um lado e de laser aleatório do outro, a partir do mesmo material. Uma abordagem possível para alcançar este poderia ser a introdução de ganho bastante alto em GaAs fortemente espalhamento pós, por exemplo, por bombeamento eléctrico dos GaAs por si própria ou a introdução do quantum dot-estruturas. A primeira etapa

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neste direção foi feita por Noginov, que conseguiu atingir o ganho e em estruturas de laser random GaAs 49 . Alternativamente, as abordagens poderiam envolver estruturas compósitos à base de titânio dispersando fortemente dióxido combinado com gainmaterials eficientes, tais como óxido de zinco ou possivelmente pontos quânticos coloidais.

Gallium arsenieto (GaAs) é um composto dos elementos de gálio e arsénio. É um semicondutor III / V, e é utilizado na fabricação de dispositivos, tais como os circuitos de microondas de frequência integrados, circuitos de microondas monolíticos integrados, infravermelho diodos emissores de luz, diodos laser, células solares e janelas ópticas.

No composto, gálio tem um estado de oxidação +3. Arseneto de gálio pode ser preparado por reacção directa dos elementos, tal como utilizado num certo número de processos industriais: [2]

Crescimento do cristal utilizando um forno de fuso horizontal na técnica Bridgman-Stockbarger, no qual os vapores de gálio e arsénico e reagir depósito moléculas livres em um cristal semente no refrigerador da extremidade do forno.

Líquido encapsulado Czochralski crescimento (LEC) é utilizado para a produção de cristais únicos de elevada pureza, que exibem características de semi-isolantes.

Os métodos alternativos para a produção de filmes de GaAs incluem: [2] [3]

VPE reacção de metal de gálio gasoso e tricloreto de arsénio:

2 GA + 2 AsCl3 → 2 + 3 Cl2 GaAs

Reacção de MOCVD trimethylgallium e arsina:

Ga (CH3) 3 + AsH3 → GaAs + 3 CH4

Epitaxia de feixe molecular (MBE) de gálio e arsênio:

4 GA + AS4 → 4 GaAs

ou

2 GA + AS2 → 2 GaAs

Decapagem húmida de GaAs industrialmente utiliza um agente oxidante tal como peróxido de hidrogénio ou água de bromo, [4], e a mesma estratégia tem sido descrito em uma patente relativa a componentes de processamento de sucata contendo GaAs onde o + Ga3 é complexado com um ácido hidroxâmico ("HA" ), por exemplo: [5]:

GaAs + H2O2 + "HA" → "GAA" complexo + + 4 H2O H3AsO4

Oxidação de GaAs ocorre no ar e degrada o desempenho do semicondutor. A superfície pode ser passivado pela deposição de uma camada de sulfeto de gálio cúbico (II) utilizando um composto terc-butil-sulfureto de gálio tal como (tBuGaS) 7. [6]

[Editar] Comparação com silicone

[Editar] Vantagens de GaAs

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Algumas propriedades electrónicas de arsenieto de gálio são superiores aos de silício. Ele tem uma velocidade mais elevada de electrões saturada e uma maior mobilidade de electrões, permitindo que os transistores de arsenieto de gálio de funcionar a frequências superiores a 250 GHz. Ao contrário de silício junções, dispositivos GaAs são relativamente insensíveis ao calor devido à sua maior bandgap. Além disso, dispositivos de GaAs tendem a ter menos ruído do que os dispositivos de silício, especialmente em altas freqüências. Este é um resultado de mobilidades superiores e inferiores de suporte de dispositivo parasitas resistentes. Estas propriedades recomendar GaAs circuito em telefones celulares, comunicações via satélite, microondas ponto-a-ponto links e sistemas de radar mais elevados de frequência. É utilizado para o fabrico de diodos Gunn para geração de micro-ondas.

Outra vantagem de GaAs é que ele tem uma lacuna de banda directa, o que significa que ela pode ser usada para emitir luz eficientemente. O silício tem um bandgap indireta e por isso é muito pobre em emissão de luz. No entanto, os avanços recentes podem fazer LEDs e lasers de silício possível.

Como material de lacuna directo de banda larga com a resistência resultante ao dano por radiação, GaAs é um material excelente para a electrónica de espaço e as janelas ópticas em aplicações de alta potência.

Devido à sua bandgap largo, GaAs puro é altamente resistivo. Combinado com a constante dielétrica alta, esta propriedade faz GaAs um substrato muito bom elétrica e ao contrário de Si oferece isolamento natural entre dispositivos e circuitos. Isso fez com que um material ideal para microondas e ondas milimétricas circuitos integrados, MMICs, onde ativos e essencial componentes passivos podem ser facilmente produzidos em uma única fatia de GaAs.

Um dos primeiros microprocessadores de GaAs foi desenvolvido no início de 1980 pela empresa RCA e foi considerado para o programa Star Wars dos Estados Unidos Departamento de Defesa. Esses processadores foram várias vezes mais rápido e várias ordens de magnitude mais radiação do que colegas de silício duro, mas eles foram bastante caros. [7] Outros processadores de GaAs foram implementadas pelo supercomputador Cray fornecedores Computer Corporation, Convexo, e Alliant, em uma tentativa de permanecer à frente do microprocessador CMOS cada vez melhores. Cray eventualmente construído uma máquina de GaAs baseado no início de 1990, o Cray-3, mas o esforço não foi adequadamente capitalizados, ea empresa entrou em falência em 1995.

Complexas estruturas em camadas de arseneto de gálio em combinação com arseneto de alumínio (ALAS) ou a liga AlxGa1-xAs podem ser cultivadas utilizando epitaxia de feixe molecular (MBE) ou usando metalorgânicos fase de vapor epitaxia (MOVPE). Porque GaAs e alas têm quase a mesma estrutura constante, as camadas têm muito pouca tensão induzida, o que lhes permite ser cultivadas quase arbitrariamente espessura. Isto permite uma extremamente elevada mobilidade de electrões de alta performance, os transistores HEMT e outros dispositivos bem quântica.

[Editar] vantagens do Silício

O silício tem três grandes vantagens sobre GaAs para fabricação integrada circuito. Primeiro, o silício é abundante e barata para processar. Si é altamente abundante na crosta terrestre, na forma de minerais de silicato. A economia de escala à disposição da indústria de silício também reduziu a adopção de GaAs.

Além disso, um cristal de Si tem uma estrutura extremamente estável mecanicamente e pode ser cultivado para lingotes de diâmetro muito grandes e podem ser processados com rendimentos muito elevados. É também um condutor decente térmica, permitindo assim que a embalagem muito densa de transistores que precisam se livrar de seu pleno funcionamento, tudo muito desejável para o projeto e fabricação de CIs muito grandes. Essas boas características mecânicas também o torna um material adequado para o campo em rápido desenvolvimento da nanoelectrónica.

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A segunda vantagem importante de Si é a existência de um óxido nativo (dióxido de silício), a qual é usada como um isolador em dispositivos electrónicos. O dióxido de silício pode ser facilmente incorporado nos circuitos de silício, e tais camadas são aderentes ao Si subjacente. GaAs não tem um óxido nativa e não facilmente suportar uma camada aderente estável isolante.

A terceira vantagem, e talvez o mais importante, de silício é a de que ele possui uma mobilidade muito maior do furo. Esta elevada mobilidade permite a fabricação de uma maior velocidade de canal P-transistores de efeito de campo, que são necessários para a lógica CMOS. Porque eles não têm uma estrutura CMOS rápido, circuitos lógicos GaAs tem consumo de energia muito maior, o que os tornou incapazes de competir com circuitos lógicos de silício.

O silício tem absortividade relativamente baixa para o significado da luz solar a cerca de 100 micrómetros de Si é necessário para absorver a maior parte da luz solar. Uma tal camada é relativamente robusto e fácil de manusear. Em contraste, a absortividade de GaAs é tão elevada que a camada correspondente seria apenas alguns micrómetros de espessura e mecanicamente instável [8]. O silício é um elemento puro, evitando os problemas de desequilíbrio estequiométrico e desmistura térmica de GaAs.

O silício tem uma estrutura quase perfeita, a densidade de impureza é muito baixa e permite a construção de estruturas muito pequenas (actualmente até 25 nm). GaAs em contraste tem uma densidade muito elevada de impurezas, o que torna difícil a construção de ICs com estruturas pequenas, de modo que o processo de 500 nm é um processo comum para GaAs.

De alta eficiência, de tripla junção de gálio arsenieto de células solares que cobrem o satélite MidSTAR-1 [Editar] Outras aplicações

[Editar] As células solares e detectores

Outra aplicação importante de GaAs é para células solares de alta eficiência. Arseneto de gálio (GaAs) é também conhecido como um único cristalina de película fina são de alto custo e as células solares de alta eficiência.

Em 1970, as primeiras células solares heteroestruturas de GaAs foram criados pela equipe liderada por Zhores Alferov na URSS. [9] [10] [11] No início de 1980, a eficiência dos melhores GaAs células solares superou a de células solares de silício e, na década de 1990 GaAs células solares assumiu a partir de silício como o tipo celular mais comumente usado para painéis fotovoltaicos para aplicações de satélites. Mais tarde, dual e tripla junção de células solares baseadas em GaAs com germânio e camadas de fosforeto de índio e gálio foram desenvolvidos como a base de uma célula solar de tripla junção que realizou uma eficiência recorde de mais de 32% e pode funcionar também com a luz tão concentrado como 2000 sóis. Este tipo de poderes de células solares do Spirit e Opportunity, que estão explorando a superfície de Marte. Além disso, muitos carros solares utilizam GaAs em painéis solares. Complexos desenhos de AlxGa1-xAs-GaAs dispositivos podem ser sensíveis a radiação infravermelha (QWIP). GaAs diodos podem ser utilizados para a detecção de raios-X. [12]

[Editar] dispositivos de emissão de luz

Estrutura de bandas do GaAs. A diferença direta dos resultados de GaAs na emissão eficiente de luz infravermelha em 1,424 eV (~ 870 nm). GaAs tem sido usada para produzir (infravermelho próximo), diodos laser desde 1962 [13].

Um único cristal de arseneto de gálio pode ser fabricado por meio da técnica Bridgeman, como o processo Czochralski é difícil para este material, devido às suas propriedades mecânicas. No entanto, um método de Czochralski encapsulado é utilizado para a produção de GaAs pureza ultra-elevada para a semi-isolantes.

GaAs é frequentemente usado como um material de substrato para o crescimento epitaxial de outros semicondutores III-V, incluindo: InGaAs e GaInNAs.

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[Editar] Segurança

As propriedades toxicológicas arseneto de gálio não foram completamente investigadas. Por um lado, devido ao seu teor de arsénico, é considerado altamente tóxicos e cancerígenos. Por outro lado, o cristal é suficientemente estável que as peças podem ser ingeridas com absorção desprezível passou pelo corpo. Quando moído em partículas muito finas, tais como a bolacha-polimento processos, a área de superfície elevada permite que mais de reacção com água libertando algum arsina e / ou arsénio dissolvido. Os aspectos de saúde, ambiente e segurança de fontes de arsenieto de gálio (como trimethylgallium e arsina) e estudos de monitoramento de higiene industrial precursores metalorgânicos foram relatados. [14] Califórnia lista arseneto de gálio como cancerígeno. [15]

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