Полупроводниковый лазер:Типы полупроводниковых лазеров:Недостатки | |
Принцип работы лазераВ твердых телах переходы электронов между состояниями возможны либо с испусканием, либо с поглощением квантов света. В зависимости от начального и конечного состояния различают 4 типа переходов.
A - межзонные переходы, т.е. переходы электронов между состояниями, расположенными в зоне проводимости и запрещенной зоне, Межзонные переходы типа A обуславливают наиболее сильное поглощение или испускание света, с энергией близкой к ширине запрещенной зоны. hv > Eg. Эти переходы называют фундаментальными. Рассмотрим два энергетических уровня E1 и Е2, один из которых E1 характеризует основное, а другой Е2 - возбужденное состояние.
Любой переход между этими состояниями сопровождается испусканием или поглощением фотона с частотой v12, определяемой из соотношения hv12=E2-E1. Поглощение излученияПри обычных температурах большинство атомов находится в основном состоянии. Эту ситуацию можно изменить в результате воздействия на систему фотона с энергией, равной hv12. Атом в состоянии E1 поглощает фотон и переходит в возбужденное состояние E2. Это и составляет процесс поглощения излучения. Спонтанное излучениеВозбужденное состояние является нестабильным и через короткий промежуток времени без какого-либо внешнего воздействия атом переходит в основное состояние, испуская фотон с энергией hv12 (спонтанная эмиссия). Время жизни, связанное со спонтанной эмиссией (т.е. среднее время возбужденного состояния), может изменяться в широком диапазоне, обычно в пределах 10-9-10-3 с. Стимулированное излучениеСтолкновение фотона, обладающего энергией hv12, с атомом, находящемся в возбужденном состоянии, стимулирует мгновенный переход атома в основное состояние с испусканием фотона с энергией hv12 и фазой, соответствующей фазе падающего излучения (стимулированное излучение). В условиях теплового равновесия в основном состоянии находится больше атомов, чем в возбужденном. Если возникает обратная ситуация, то говорят об инверсной населенности. При взаимодействии фотонов, обладающих энергией hv12, с простой системой, в которой уровень Е2 инверсно заселен по отношению к уровню Е1, стимулированное излучение будет преобладать над поглощением, и в результате систему будет покидать больше фотонов с энергией hv12, чем входить в нее. Такое явление называется квантовым усилением.
|
|
Вперед >> |