Принцип работы лазера:Полупроводниковый лазер:Недостатки

Типы полупроводниковых лазеров

Можно выделить два основных типа полупроводниковых лазеров, а именно: лазер на гомопереходе и лазер на двойном гетеропереходе (ДГ). Первый интересен в чисто историческом (так были устроены первые полупроводниковые лазеры) и физическом смыслах, а также тем, что позволяет лучше оценить преимущества лазеров на двойном гетеропереходе.

Лазер на гомопереходе

В качестве материалов, используемых в полупроводниковых лазерах применяются прямозонные полупроводники. Это обусловлено тем, что излучательные переходы в прямозонных полупроводниках более вероятны чем излучательные переходы в непрямозонных полупроводниках. Кроме того, в непрямозонных полупроводниках при увеличении степени возбуждения потери, связанные с поглощением излучения на инжектированных свободных носителях, возрастают быстрее, чем усиление.

В таких лазерах p- и n-области выполнены на одном материале.
Конструктивно активный слой из p-n - перехода помещается между двумя металлическими пластинами с припаянными электродами. Две боковые грани структуры скалываются или полируются перпендикулярно плоскости перехода. Две други грани делаются шероховатыми для того, чтобы исключить излучение в направлениях, не совпадающих с главным. Такая структура называется резонатором Фабри-Перо.

Для того, чтобы переходы с излучением преобладали перед переходами с поглощением необходимо область рекомбинации в полупроводниковом лазере легировать до вырождения. Неравенство (Efn - Efp) > hv vявляется необходимым для того, чтобы стимулированное излучение преобладало над поглощением (Efp - уровень Ферми для p-области, Efn - уровень Ферми для n-области).

Обе области являются вырожденными полупроводниками с концентрацией носителей порядка 1018 ат/см3. При такой концентрации уровень Ферми Efp для p-области попадает в валентную зону, а уровень Ферми для n-области - в зону проводимости . В отсутствие напряжения оба уровня имеют одну и ту же энергию. Когда напряжение будет приложено, то оба уровня разбегутся на величину E = e · U . Из рисунка видно, что в области p - n - перехода возникает инверсия населенностей. Дальнейший процесс рекомбинации вызовет лазерную генерацию.

В настоящее время инжекционные лазеры изготавливаются на основе ряда прямозонных полупроводниковых соединений (GaAs, PbTe, PbSe и др.) и твердых растворов, и они перекрывают диапазон длин волн когерентного излучения от 0,9 до 28 мкм.
Инжекционные лазеры позволяют получать монохроматическое излучение (ширина спектральной линии 0,1-1 А ) большой мощности. Причем лазеры такого типа имеют высокие значения КПД преобразования электрической энергии в энергию излучения.

 

<< Назад Вперед >>