Материалы для полупроводниковых лазеров.

Полупроводниковые веществ, успешно испытанные в лазерах — это большинство полупроводников, для которых разработаны методы контролируемого изготовления совершенных кристаллов. Чтобы довести характеристики лазеров до уровня, приемлемого для практических применений, необходимо выполнение довольно высоких требований. В результате до промышленного производства доведены лишь некоторые из полупроводниковых лазеров, среди которых доминируют лазеры на арсениде галлия, работающие на длинах волн 0,85 - 1 мкм. [1]

Некоторые вещества, используемые в полупроводниковых лазерах, представлены в таблицах 1 и 2 [1].

Таблица 1 Таблица 2

Краткая характеристика излучения полупроводникового лазера

После достижения порога возбуждения лазера на р — n-переходе (резонатор такого лазера может, например, иметь форму прямоугольного параллелепипеда) наблюдается излучение на нескольких модах, каждая из которых характеризуется спектральной шириной порядка 25 МГц (при низких температурах). По мере возрастания мощности излучения ширина спектра уменьшается до 150 кГц. Модовая структура излучения, очевидно, зависит от типа оптического резонатора. Расходимость светового пучка δθ ввиду небольших размеров резонатора определяется в общем случае дифракцией:

(7)

где D — апертура резонатора.

Разница частот между продольными модами значительно меньше, чем следует из основного выражения, определяющего резонансные частоты:

(8)

где m — целое число, n — показатель преломления. Это обусловлено сильной зависимостью показателя преломления от частоты.

Таблица 3

Некоторые рабочие характеристики полупроводниковых лазеров приведены в таблице 3. [2]

На рисунке 6 представлен спектр излучения полупроводникового инжекционного лазера типа GaAs_xP_1-x в зависимости от силы тока.

Из большого числа полупроводниковых лазеров наиболее широко используются GaAs -лазеры (λ = 0,84 мкм). При температуре 77 К непрерывная выходная мощность таких лазеров достигает нескольких ватт с общим к. п. д. около 30% (в данном случае под к. п. д. лазера понимается отношение мощности лазерного излучения к электрической мощности, рассеиваемой в р— n -переходе). Квантовый выход (отношение числа испущенных фотонов к числу электронно-дырочных пар, инжектируемых в переход) для таких лазеров является даже более высоким (~70%). Полупроводниковые лазеры представляют собой фактически самые эффективные лазеры. [1]

Из всего разнообразия других полупроводниковых лазеров упомянем также лазеры типа , длины волн которых перекрывают диапазон от 0,84 (чистый GaAs, т. е. х = 0) до 0,64 мкм (х = 0,4). Таким образом, изменяя состав полупроводникового материала, можно непрерывно менять длину волны выходного излучения. [1]

Применение

Практические применения полупроводниковых лазеров оказались едва ли не самыми разнообразными среди многочисленных предназначений приборов квантовой электроники. Они опираются на следующие важные с практической точки зрения достоинства полупроводниковых лазеров:

1.Экономичность, обеспечиваемая высокой эффективностью преобразования подводимой энергии в энергию когерентного излучения.

2.Малоинерционность, обусловленная короткими характеристическими временами установления режима генерации (10^-10—10^-9 с).

3.Компактность, обусловленная свойством полупроводников развивать огромное оптическое усиление и поэтому не требовать большой длины активной среды для поддержания режима генерации.

4.Простота устройства, обеспечиваемая рядом факторов: жесткостью монтажа, возможностью низковольтного питания, совместимостью с интегральными схемами полупроводниковой электроники (эти свойства присущи инжекционным лазерам).

5.Перестраиваемость длины волны генерации, обусловленная зависимостью оптических характеристик полупроводника от таких физических величин, как температура, давление, напряженность магнитного поля. Наряду с широким выбором подходящих материалов эта способность к перестройке полупроводникового лазера позволяет непрерывно перекрыть спектральный интервал от 0,32 до 32 мкм. [1]

Основные области применения полупроводниковых лазеров представлены в таблице 4. [1]

Таблица 4

Заключение

В данном реферате было рассмотрено устройство полупроводникового лазера, принцип его работы, а так же некоторые характеристики и материалы, используемые для создания лазера.

Полупроводниковые лазеры являются фактически самыми эффективными лазерами. В наиболее распространенном варианте полупроводниковый лазер представляет собой кристаллический диод объемом всего в несколько тысячных долей кубическою сантиметра, потребляющий энергию батарейки от карманного фонаря.

Чаще всего можно встретить GaAs – лазер.

Полупроводниковые лазеры нашли применение во многих областях науки и являются неотъемлемой частью нашей жизни.

Список используемой литературы:

1. Богданкевич О. В., Дарзнек С. А., Елисеев П. Г. Полупроводниковые лазеры, монография, Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1976

2. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. Пер. с польск./ Перевод В. Д. Новикова. Под ред. и с предисл. М. Ф. Бухенского. – М.: Мир, 1980. – 540 с., ил. – ИСБН 83-01-00209-3

3. Сироткина А. Г. Введение в физику лазеров. СарФТИ, 2009

4. Svelto О. – Principi del Laser. Перевод с английского под редакцией канд. физ. – мат. наук Т.А. Шмаонова, Мир, 1979