Напівпровідникові лазери

Главная » Каталог статей » Статьи на украинском » Лазер » Напівпровідникові лазери

Активним елементом у напівпровідникових лазерах служи арсенід галію, кремній з домішками індію, фосфід галію та ін. напівпровідникові матеріали. Незважаючи на те, що напівпровідники є однією з різновидностей кристалічних матеріалів, напівпровідникові лазери звичайно виділяють в окрему групу внаслідок їх специфічних властивостей. Це, насамперед, простота збудження(накачування) – більшість напівпровідникових лазерів працюють при пропусканні через них електричного струму. Робочою частиною таких інжекційних напівпровідникових лазерів є досить тонкий проміжковий шар між двома областями з електронною та дірковою провідністю – так званий p-n-перехід, тобто їх конструкція практично нічим не відрізняється від конструкції відомого площинного напівпровідникового діода. При пропусканні через цей p-n-перехід струму в прямому напрямку в результаті рекомбінації вільних електронів та дірок відбувається випромінювання світла. Утворені іони, в свою чергу, стимулюють прочес рекомбінації, індукуючи додаткові фотони.

Великою перевагою напівпровідникового лазера, порівняно з іншими, є його малі розміри (~1мм3). Напівпровідникові лазери можуть працювати як в імпульсному, так і в неперервному режимах. ККД теоретично може досягати значень, близьких до 100%, реально одержано 80%, що набагато більше, ніж у лазерах інших типів. Діапазон хвиль, випромінених напівпровідниковим лазером, надзвичайно високий – приблизно від 0,3 до 30 мкм.

Недоліками напівпровідникових лазерів є їх порівняно невелика потужність, велика ширина спектральної лінії (108-1012 Гц), великий кут розходження, який становить одиниці і навіть десятки кутових градусів.

Можливість використання напівпровідників в якості активної речовини є дуже привабливою, адже ці матеріали мають велику чутливість до зовнішніх впливів. Також їх властивостями можна керувати в дуже широких межах, змінюючи температуру, тиск, діючи на них світлом чи потоком заряджених частинок, вводячи різні домішки. Основи теорії напівпровідникових лазерів вперше були викладені в публікаціях Н.Г.Басова, Б.М.Вула, Ю.М.Попова, задовго до появи першого лазера на арсеніді галія. Напівпровідникові лазери серед всіх інших вирізняють завдяки таким особливостям:

1. В напівпровідникових кристалах має місце частинне просторове перекриття хвильових функцій атомів , і кожен енергетичний рівень в силу принципу Паулі зайнятий найбільше двома електронами. Вірогідність заповнення енергетичного рівня описується функцією розподілу Фермі-Дірака, а не функцією Больцмана. Отже, при розподіленні між зонного поглинання чи випромінювання на даній частоті необхідно говорити про переходи між двома розподіленнями енергетичних рівнів, а не між двома окремими рівнями.

2.Друга відмінність пов’язана з локалізованим розподіленням електромагнітного випромінювання вздовж p – n- переходу. Просторові характеристики цього випромінювання визначаються оптичними властивостями лазерного середовища, а не зовнішнім резонатором. Цей факт має великий вплив на порогове значення накачки.

На даний час створена велика кількість напівпровідникових лазерів різних типів і на різних матеріалах: ZnS, ZnO, CdTe, GaAs, GaAs1-xSbx ,

Al1-xGaxAs, AlxGa1-xAsySb1-y.

Оставьте комментарий к статье