Выполнил: Басалаев Р.С. гр. 21301

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

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

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
Свойства полупроводниковых лазеров

световые пятна от лучей лазеров и трехмерная диаграмма распределения интенсивности излучения по сечению луча.
Газовый лазер
Полупроводниковый лазер
Газовый и полупроводниковый лазеры

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

Поглощение
Спонтанное излучение
Стимулированное излучение
Вынужденное излучение

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.
Переходы в полупроводнике

Закон Бугера: I=I0е (g-a )х
g~ ΔN*Г*h вн
повысить инверсию населенностей уровней ΔN
повысить внутреннюю эффективность генерации h вн
увеличить вероятность стимулированных переходов электронов Г
a =a п +a З +a в
уменьшить коэффициент поглощения a п
уменьшить коэффициент потерь устройств обратной связи, т.е. зеркал a З
потери на вывод излучения a в
Усиление излучения

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.
Лазер на p-n-переходе из арсенида галлия

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.
Резонатор Фабри-Перо

Для гомоструктур пороговая плотность тока быстро увеличивается с ростом температуры. При комнатной температуре она составляет 5*104 A/см2.
Здесь приведена зависимость Jth от рабочей температуры для трех лазерных структур. Самая слабая зависимость наблюдается для лазеров на двойных гетероструктурах. Jth в ДГ-лазерах при 300К может достигать значений порядка 103 А/см2 и менее.
Гомоструктура
Структура с одним
гетеропереходом
(d=5мкм)
Двойная гетероструктура
(d=0,5мкм)
Пороговая плотность тока

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.
Мощность GaAs-AlxGa1-xAs
излучения, мВт
2,5 250С 450С 1150С
Полосковый лазер

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
8300 8100 7800
Коэффициент
усиления g, 1/см
GaAs
Номинальная плотность
тока, А/см2*мкм
Спектр и коэффициент усиления

Инжекционный гомолазер представляет собой полупроводниковый диод, зеркальные боковые грани, которого образуют оптический резонатор.
1 – зеркальная грань
2 – полосковый контакт
3 – излучающее пятно на зеркале.
Лазер на гомопереходе

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 Ga0,7 As(n)
Активная область GaAs (n)
Al 0,3 Ga0,7 As(p)
GaAs (p)
Окисел
Металлизированный слой
Припой
Медный теплоотвод
Лазер на гетеропереходе