Neoweb.nl
Neoweb wetenschapsforum. Duurzame technologie en innovatieve wetenschappelijke onderwerpen. => Uitvindingen, nieuwe innovaties, patenten, ideeën, ontwerpers, product ontwikkeling => Topic started by: Digihans on January 05, 2009, 04:32:33 PM
-
Wetenschappers ontwikkelen nieuw type laser
Onderzoekers van de Princeton-universiteit hebben een nieuwe methode om lasers te produceren ontdekt. Het fenomeen zou tot zuinigere lasers voor medische en andere toepassingen kunnen leiden.
De wetenschappers onderzochten een niet volledig begrepen eigenschap van zogenoemde quantumcascade-lasers. Bij traditionele halfgeleider-lasers wordt, net als bij een normale led, licht geproduceerd door elektronen die het grensvlak van p- en n-gedoteerd materiaal passeren. Bij quantumcascade-lasers worden honderden lagen van afwisselend positief en negatief gedoteerd materiaal afgewisseld, en als daar stroom doorheen loopt, worden bij elke overgang fotonen geproduceerd, waarmee in theorie elk elektron meer dan eens aan de laserstraal bijdraagt. Dit type laser produceert echter een tweede laserstraal, die in het afgelopen jaar door de Princeton-onderzoekers is onderzocht.
Deze tweede laserstraal kon niet verklaard worden met de kennis die de wetenschappers van quantumcascade-lasers hadden: de eigenschappen van de straal bleken niet dezelfde als die van conventionele laserstralen. Zo neemt de intensiteit ervan toe naarmate de temperatuur van de laser stijgt. Verder kan de primaire laserstraal in kracht toenemen door de stroom erdoorheen te verhogen, maar dan neemt de secundaire straal juist in kracht af. De onderzoekers verklaarden dit gedrag met een quantummechanische eigenschap van elektronen die ze momentum noemen.
In een standaard halfgeleiderlaser hebben de elektronen een momentum van vrijwel nul als ze een foton afgeven. Bovendien moeten veel elektronen hetzelfde energieniveau en hetzelfde momentum hebben om een laserstraal op kunnen te wekken: deze toestand wordt 'quasi-evenwicht' genoemd. Bij de nieuw ontdekte laserstralen van de quantumcascade-laser blijkt dit evenwicht afwezig te zijn.
Het gebrek aan evenwicht tussen momentum en energieniveau zorgt voor de bijzondere eigenschappen van de secundaire laserstraal, zo hebben de onderzoekers ontdekt. Een van de voordelen die het hoge momentum van de elektronen biedt, is een reductie van ongeveer 90 procent van de absorptie van de vrijgekomen fotonen. In halfgeleiderlasers wordt de efficiëntie van lasers beperkt door deze absorptie. De hoge efficiëntie zou het mogelijk maken de lasers met een lagere stroom aan te sturen. De onderzoekers moeten echter nog wel een manier vinden om de primaire laserstraal uit te schakelen, aangezien deze lijkt te 'concurreren' met de secundaire straal. De lasers, die zeer dun en slechts drie millimeter lang zijn, zouden als chemische detectors dienst kunnen doen: dergelijke midden- en ver-infrarode lasers zijn zeer geschikt om onder meer waterdamp en ammoniak te detecteren. Daarmee zouden sensors op basis van de lasers luchtkwaliteit kunnen meten of in medische diagnose-apparatuur gebruikt kunnen worden.
bron: Tweakers.net (http://tweakers.net/nieuws/57485/wetenschappers-ontwikkelen-nieuw-type-laser.html)
zie ook:
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_cascade_laser
http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2008-12/pues-prd122208.php
http://en.wikipedia.org/wiki/Light#Quantum_theory