Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей.

Свойства полупроводниковых лазерных излучателей повсевременно совершенствуются. Основными вехами истории их развития являются: создание первых лазерных диодов на базе p-n перехода в монокристалле

В полупроводниковой активной среде можно добиться огромного оптического усиления, что обуславливает возможность использования активных частей малых размеров (длина резонатора 50 мкм – 1 мм) и обеспечивает компактность таких лазеров. Кроме компактности Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей., полупроводниковые лазеры владеют высочайшим кпд (до 50%). А большой выбор современных полупроводниковых материалов обеспечивает генерацию в широком спектральном спектре (от 0,3мкм до 30 мкм). Эти свойства обеспечили полупроводниковым лазерам обширное применение в разных областях современной деятельности человека.

Для работы лазера хоть какого типа нужно выполнение последующих главных требований: 1) создание инверсной заселённости на одном Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. из оптических переходов; 2) превышение усиления над потерями; 3) наличие резонатора для обеспечения положительной оборотной связи.

В отличие от лазеров других типов, в полупроводниковых лазерах употребляются излучательные квантовые переходы меж разрешёнными энергетическими зонами, а не меж дискретными уровнями энергии. Инверсная населённость создаётся при помощи инжекции через p-n переход неравновесных носителей Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. тока, оковём приложения наружного напряжения в прямом направлении. Дело в том, что рассредотачивание электронов по вероятным энергетическим уровням в полупроводниках находится в зависимости от концентрации примеси и температуры кристалла. При всем этом для каждой температуры существует полностью определённое рассредотачивание электронов по энергетическим состояниям. При изменении температуры Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. через некое время устанавливается равновесие электронов и атомов и происходит новое рассредотачивание электронов по энергетическим уровням. При всем этом часть электронов может владеть энергией, достаточной, чтоб перейти в зону проводимости и стать свободными носителями тока. Эти свободные носители, имеющиеся при термическом равновесии, именуются сбалансированными носителями тока. Если возбуждение электронов Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. происходит не в итоге термического воздействия, а за счёт других процессов, к примеру, оковём освещения полупроводника либо оковём приложения электронного поля, то в течение относительно долгого времени электроны могут владеть температурой, большей, чем температура атомов, что приводит к повышению электропроводности, и такие электроны (и дырки) именуются неравновесными носителями тока. Вместе с генерацией Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. неравновесных носителей существует оборотный процесс – рекомбинация электронов и дырок – переход электронов из зоны проводимости в валентную зону, в итоге чего происходит исчезновение электронов и дырок. Рекомбинация может сопровождаться излучением фотонов, что и лежит в базе работы полупроводниковых лазеров.

На рис.1.5. представлено положение уровня Ферми в своем и примесном Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. полупроводниках. Одно из принципиальных параметров уровня Ферми состоит в том, что в системе, состоящей из полупроводников n- и p-типа и, если к ним не приложено напряжение, уровни Ферми (Fn и Fp) у их выравниваются (рис.1.5а). А если они находятся под различными потенциалами, то уровни Ферми в их сдвигаются Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. на величину разности потенциалов (рис.1.5б).

Рис.1.5.Энергетическая диаграмма инжекционного полупроводникового лазера: p-n переход без приложенного наружного напряжения (а); p-n переход при приложении наружного напряжения в прямом направлении (б). d - ширина p-n перехода, l - настоящая ширина области, обеспечивающей работу лазера.

В данном случае в Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. зоне p-n перехода создаётся инверсная заселённость и электроны совершают переход из зоны проводимости в валентную зону (рекомбинируют с дырками). При всем этом испускаются фотоны с энергией h.hw.энергией фотоны По такому принципу работает светодиод. Если для этих фотонов сделать оборотную положительную связь в виде оптического резонатора, то в Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. области p-n перехода при огромных значениях наружного приложенного напряжения можно получить лазерную генерацию. При этомбинируют с с дырками).д из зоны проводимости в зонуних сдвигаются на величину разности потенциалова, уровень Фетми один и тот же. ме, состоящей из нескоьлекторонов в валентной зоне) и малых значениях наружного приложенного напряжения процесс Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. образования и рекомбинации неравновесных носителей происходит беспорядочно и излучение обладает малой мощностью и является некогерентным и немонохроматическим. Это соответствует светодиодному режиму работы полупроводникового излучателя. При увеличении тока выше порогового значения излучение становится когерентным, его спектральная ширина очень сужается, а интенсивность резко растет – начинается лазерный режим работы полупроводникового излучателя. При Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. всем этом также возрастает степень линейной поляризации генерируемого излучения.

На рис.1.6 схематично представлена конструкция полупроводникового лазера и рассредотачивание интенсивности выходного излучения. Обычно, в таком лазере резонатор создаётся полировкой 2-ух диаметрально обратных сторон кристалла, перпендикулярных плоскости p-n перехода. Эти плоскости делаются параллельными и полируются с высочайшей степенью Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. точности. Выходную поверхность можно рассматривать как щель, через которое проходит излучение. Угловая расходимость излучения лазера определяется дифракцией излучения на этой щели. При толщине p-n перехода в 20 мкм и ширине – 120 мкм, угловая расходимость соответствует примерно 60 в плоскости XZ и 10 – в плоскости YZ.

Рис.1.6Принципная схема лазера на p Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей.-n переходе. 1-область p-n перехода (активный слой); 2-сечение лазерного пучка в плоскости ХY.

В современных полупроводниковых лазерах обширно употребляются так именуемые полупроводниковые гетероструктуры. Лазеры на базе гетероструктур владеют наилучшими чертами, к примеру, большей выходной мощностью и наименьшей расходимостью. Пример двойной гетероструктуры приведен на рис.1.7, а её энергетическая схема – на рис Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей.. 1.8.

Рис.1.7.Полупроводниковая двойная гетероструктура. 1-проводящий металлизированный слой для сотворения электронного контакта; 2-слой GaAs (n); 3-слой Al0.3Ga0.7As (n); 4-слой, соответственный зоне инжекции носителей заряда (p-n-переход); 5-слой Al0.3Ga0.7As (p); 6-слой GaAs (p); 7-непроводящий слой оксида металла для ограничения тока через p-n-переход, формирующий зону генерации Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. излучения; 8,9-прилегающие слои для сотворения электронного контакта; 10-подложка с теплоотводом.

Рис.1.8.Энергетическая схема двойной гетероструктуры, ось Y и номера слоёв соответствуют рис.3. ΔЕgc-ширина запрещённой зоны; ΔЕgv-ширина запрещённой зоны p-n-перехода.

Сейчас разглядим спектральную характеристику, (зависимость мощности излучения от длины волны) которая определяется током накачки (режимом Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. работы лазера). В светодиодном режиме ширина диапазона максимальна, а сама кривая имеет гладкий непрерывный нрав.

Рис.1.9.Зависимость мощности излучения от длины волны.

При приближении величины тока накачки к I пор (соответствует режиму суперлюминесценции), ширина диапазона значительно миниатюризируется.

В режиме лазерной генерации кривая имеет ярко выраженные диапазоны отдельных мод, возникающие из Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей.-за не идеальности оптического резонатора. Ширина диапазона при всем этом обычно не превосходит нескольких нанометров, а ширина спектральной полосы отдельной моды наименее 0,01 нм.

По виду спектральной свойства лазеры разделяются на:

– одномодовые – основная мощность излучается на одной моде, а все другие имеют значительно наименьшую амплитуду;

– многомодовые – есть Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. некоторое количество мод излучения, сравнимых по амплитуде.

Частотная черта – зависимость значения амплитуды импульса оптического излучения от частоты модуляции.

Резонансный нрав АЧХ лазера разъясняется тем, что рост концентрации носителей в активной области, вызванный повышением модулирующего тока, происходит с некой задержкой.

Увеличение концентрации вызывает рост рекомбинационного излучения, которое, снова с задержкой, наращивает индуцированную рекомбинацию Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей., что приводит к падению концентрации носителей. Наличие задержек приводит к переходу через сбалансированное состояние и процесс становится колебательным – явление электрон-фотонного резонанса. Переходная черта – охарактеризовывает импульсный режим работы; из-за явления электрон-фотонного резонанса имеет релаксационные колебания. Ток смещения лучше поддерживать может быть поближе к пороговому для Основные технические характеристики полупроводниковых лазерных излучателей. уменьшения времени переходных процессов и увеличения быстродействия. При импульсной модуляции даже лазеры, стационарное излучение которых является одномодовым, оказываются многомодовыми в течение нескольких наносекунд при импульсном переходе через порог лазерной генерации.


osnovnie-svedeniya-o-morozilnih-prilavkah.html
osnovnie-svedeniya-o-predpriyatiya-vipuskaemoj-produkcii-okazanii-uslug.html
osnovnie-svedeniya-o-stroenii-atoma.html