Существующие лазеры не перекрывают указанные диапазоны непрерывно, кроме лазеров на красителях и центрах окраски. Меняться может мощность, длительности. - презентация

1

2 Существующие лазеры не перекрывают указанные диапазоны непрерывно, кроме лазеров на красителях и центрах окраски. Меняться может мощность, длительности лазерных импульсов, габариты и т.д.

3 схема двух и однолампового отражателя 1 - активный элемент; 2 -лампа накачки; 3 – отражатель а б

4 Когерентность излучения в пространстве и времени монохроматичность излучения направленность зонная структура материала маленькие размеры, более высокая расходимость пучка зависимость от свойств материала модуляция излучения за счет модуляции тока условие индуцированного испускания: Fc*Fv > Eg 0,9 1,3 1,55 Дл. Волны (мкм) 1,5 0,6 0,2 Потери Оптическое волокно на (Дб/км) основе кварца с добавкой GeO2

5 световые пятна от лучей лазеров и трехмерная диаграмма распределения интенсивности излучения по сечению луча. Газовый лазер Полупроводнико вый лазер

6 Газовый лазер Полупроводниковый лазер Дифракционная картина и распределение интенсивности излучения в дифракционной картине на решетке

7 Поглощение Спонтанное излучение Стимулированное излучение Е2 Е1 Е2 Е1 Е2 hν

8 При спонтанном переходе момент испускания, поляризация и направление каждого фотона случайны При стимулированном переходе у падающего и излучённого фотонов энергия, частота, фаза, поляризация и направление будут идентичны. число электронов в валентной зоне во много раз больше, чем в зоне проводимости, поэтому поглощение квантов преобладает над их генерацией и интенсивность света, проходящего через полупроводник, уменьшается. Nv Nc

9 Закон Бугера: I=I 0 е (g-a )х g~ ΔN*Г*h вн повысить инверсию населенностей уровней ΔNΔN повысить внутреннюю эффективность генерации h вн увеличить вероятность стимулированных переходов электронов Г a =a п +a З в уменьшить коэффициент поглощения a п уменьшить коэффициент потерь устройств обратной связи, т.е. зеркал a З потери на вывод излучения a в

10 При прямом смещении электроны инжектируются в р-область базы, где происходит их излучательная рекомбинация с дырками. Необходимо чтобы инжекция электронов в p-область базы превышала инжекцию дырок в n- область эмиттера, поэтому концентрация в п-области значительно превышает концентрацию в р-области. Для увеличения вероятности процесса излучательной рекомбинации необходима большая концентрация дырок в валентной зоне базы, что достигается увеличением концентрации легирующей акцепторной примеси в базе.

11 Две боковые грани скалываются или полируются перпендикулярно плоскости перехода. Две другие грани делаются шероховатыми, чтобы исключить излучение в направлениях, не совпадающих с главным. Вначале, при низких значениях тока, возникает спонтанное излучение, распространяющееся во всех направлениях. При увеличении смещения ток достигает порогового значения, при котором создаются условия для стимулированного излучения, и р- n переход испускает монохроматичный строго направленный луч света. необработ. поверхн. контакт I ток опт. ровные и параллельные грани n-тип активная область p-тип Когерентное излучение

12 Для гомоструктур пороговая плотность тока быстро увеличивается с ростом температуры. При комнатной температуре она составляет 5*10 4 A/см2. Здесь приведена зависимость J th от рабочей температуры для трех лазерных структур. Самая слабая зависимость наблюдается для лазеров на двойных гетероструктурах. J th в ДГ-лазерах при 300К может достигать значений порядка 10 3 А/см2 и менее Т, К 5* Пороговая плотность тока, А/см 2 Гомоструктура Структура с одним гетеропереходом (d=5мкм) Двойная гетероструктура (d=0,5мкм)

13 Мезополосковая структура создается путем травления. Этот лазер имеет низкую пороговую плотность тока, линейную ВАХ. Здесь приведена зависимость мощности ДГ-лазера при возрастании тока от низких значений спонтанной эмиссии до значений, превышающих порог лазерной генерации. На начальном участке интенсивность излучения медленно растет с увеличением тока через диод, а после возбуждения лазерной генерации резко возрастает. металл p+GaAs pAlGaAs n- GaAs(акт.обл.) n-AlGaAs подложка n+GaAs Ток лазерного диода, А Мощность GaAs-Al x Ga 1-x As излучения, мВт 2, С 45 0 С С

14 Режим спонтанной эмиссии при низких токах, характеризуется широким спектром излучения При возрастании тока до значений, близких к пороговому, спектр излучения становится уже. Интенсивность, отн. ед. I = 270 мА > I th I = 260 мА = Ith I = 100 мА < Ith λ, А Коэффициент усиления g, 1/см GaAs Номинальная плотность тока, А/см2*мкм

15 Инжекционный гомолазер представляет собой полупроводниковый диод, зеркальные боковые грани, которого образуют оптический резонатор. 1 – зеркальная грань 2 – полосковый контакт 3 – излучающее пятно на зеркале. p n p акт. обл. n Efn Eg Eg Efn ΔE

16 В этом лазерном диоде реализованы два перехода между различными материалами. Лазер получил возможность работать при комнатной температуре. Пороговый ток около 50 мА, КПД до 60%. 13 мкм Металл. поверхность Подложка GaAs Al 0,3 Ga 0,7 As(n) Активная область GaAs (n) Al 0,3 Ga 0,7 As(p) GaAs (p) Окисел Металлизированный слой Припой Медный теплоотвод

17 Оптоэлектроника Системы записи и считывания информации. Считывающие головки в компакт-дисковых системах, оптические диски для ПЗУ и ОЗУ. Волоконно-оптическая связь (GaAs). В будущем, будет использован лазер на четверном сплаве InGaAsP с большим сроком службы (около 5×10 5 часов). Ультраширокополосный полупроводниковый лазер (Bell Labs). Оптические коммуникации. Чувствительные химические детекторы. Анализаторы дыхания и загрязнения атмосферы. Каскадные лазеры. В физико-техническом института им.А.Ф.Иоффе получены лазеры с рекордными мощностными характеристиками. Достигнута выходная плотность мощности 40 МВт/см 2. Предыдущий рекорд для всех типов лазерных диодов - 19 МВт/см 2. КПД - 66 %. И другое