Полупроводниковый лазер

ПП - лазер на основе полупроводниковой активной среды. В отличие от лазеров др. типов, в П. л. используются квантовые переходы между разрешёнными энергетич. зонами, а не дискретными уровнями энергии (см. Полупроводники).Лазерный эффект в П. л. связан в осн. с межзонной люминесценцией (излучат. рекомбинацией созданных внеш. воздействием избыточных электронов и дырок; рис. 1). Поэтому длину волны l лазерного излучения можно выразить через ширину запрещённой зоны

где h - постоянная Планка, с - скорость света. П. л, перекрывают спектральный диапазон от0,3 мкм до 45 мкм (рис. 2).

В полупроводниковой активной среде может достигаться очень большой показатель оптич. усиления (до ), благодаря чему размеры П. л. исключительно малы, напр. длина резонатора может составлять неск. мкм, типично - 200-300 мкм. Помимо компактности, особенностями П. л. являются малая инерционность высокий кпд возможность плавной спектральной перестройки, большой выбор веществ для генерации в широком спектральном диапазоне.

Типы Лазеров:

А) РОС

Б) С Брэгговской решеткой DFB

В) Фабри-Перо

Рис.4. Полупроводниковый лазер с резонатором Фабри – Перо. Роль

зеркал-отражателей выполняют торцы полупроводникового кристалла

Рис.5. Полупроводниковый лазер с распределенной обратной связью РОС

Рис.6. Полупроводниковый лазер с распределенными брэгговскими

отражателями (РБО)

Рис.7. Полупроводниковый лазер с вертикальным резонатором и

поверхностным излучением (VCSEL)

Инжекционный гетероструктурный

полупроводниковый лазер

Инжекционные лазеры. Лазер на р—n- переходе представляет собой полупроводниковый диод, у которого две плоскопараллельные поверхности, перпендикулярные р—n -переходу (рис. 2), образуют оптический резонатор (коэффициент отражения от граней кристалла ~20—40%). Инверсия населённостей достигается при большой плотности прямого тока через диод (порог генерации соответствует току ~1 кА/см², а при пониженной температуре ~ 10² A/см2, рис. 3). Для получения достаточно интенсивной инжекции применяют сильно легированные полупроводники.

Инжекционные лазеры на гетеропереходе (появились в 1968) представляют собой, например, двусторонние гетероструктуры (рис. 4). Активный слой (GaAs) заключён между двумя полупроводниковыми гетеропереходами, один из которых (типа р—n) служит для инжекции электронов, а второй (типа р—р) отражает инжектированные электроны, препятствуя их диффузионному растеканию из активного слоя (электронное ограничение). При одинаковом токе накачки в активном слое гетероструктуры достигается большая концентрация электронно-дырочных пар и, следовательно, большее оптическое усиление, чем в П. л. На р—n -переходах. Другое преимущество гетероструктуры состоит в том, что образованный активным слоем диэлектрический волновод удерживает излучение, распространяющееся вдоль структуры, в пределах активного слоя (оптическое ограничение), благодаря чему оптическое усиление используется наиболее эффективно. Для П. л. на гетеропереходе необходимая плотность тока при Т = 300 К более чем в 10 раз ниже, чем у П. л. на р—n -переходе, что позволяет осуществить непрерывный режим генерации при температуре до 350 К.

Лазер с Двойной гетероструктурой ДГС

Световые характеристики полупроводниковых ИИ

Эволюция спектров излучения ПП лазера

Дата добавления: 2014-01-07