Полупроводниковые лазеры переходы

Полупроводниковый лазер генерирует когерентное излучение в результате процессов, происходящих в р-и-переходе на полупроводниковом материале. На рис. 3.8 показана схема полупроводникового лазера на арсениде галлия. Кристалл имеет размеры около 0,5...1,0 мм . Верхняя его часть 2 представляет собой полупроводник р-типа, нижняя / — п-типа, между ними имеется р-п-переход 4 толщиной около 0,1 мкм. [c.123]

В полупроводниковых лазерах наиболее распространенным методом создания инверсной населенности является инжекция неравновесных носителей заряда через р-/г-переход. Электронно-дырочный переход (р-п) — это переходная область, с одной стороны которой полупроводник имеет дырочную (р) проводимость, а с другой — электронную п). Необходимо отметить, что речь идет об одном образце, а не о контакте между двумя образцами р- и rt-типа. [c.317]

Первый полупроводниковый лазер был выполнен на арсениде галлия (ОаАз) Ходом в 1962 г. Этот лазер обладал очень большой вероятностью излучательной рекомбинации. Лазер на арсениде галлия (Я = 0,84 мкм) относится к так называемым инжекционным лазерам на р —п-переходе. Обычно плавные р-н-переходы создают путем диффузии акцепторных примесей (цинк, кадмий и др.) в материал, легированный донорными примесями (теллур, селен и др.). [c.297]

Вследствие малых размеров резонатора и неоднородности р—/г-перехода угловая расходимость излучения полупроводникового лазера значительно больше, чем твердотельных и газовых лазеров, и достигает в горизонтальной плоскости 1—2°, а в вертикальной еще больше — 5—10°. Коэффициент полезного действия полупроводникового лазера на основе арсенида галлия 1—4%. Длина волны излучения полупроводниковых лазеров меняется в широких пределах в зависимости от состава полупроводника, перекрывая всю видимую часть спектра. Так, лазеры, в которых рабочим телом является сульфид цинка (ZnS), излучают в ультрафиолетовой части спектра (Я, = 0,33 мкм), селенид [ d (S + Se) ] — имеют зеленый цвет излучения X = 0,5-н0,69 мкм), арсенид— фосфид галлия [Qa(As + Р)] — красный (Я. = 0,75-нО,9 мкм) и т. д. [c.62]

ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЛАЗЕР— наиб, распространённая разновидность полупроводникового лазера, отличающаяся использованием инжекции носителей заряда через нелинейный электрич. контакт (р — п-переходу [c.147]

К полупроводниковым относятся лазеры, в которых используются оптические переходы с участием свободных носителей тока в кристаллах. По способу накачки полупроводниковые лазеры делятся на инжекционные, с оптической накачкой, с накачкой пучком быстрых электронов и с накачкой пробоем в электрическом поле. [c.592]

КИМ образом, чтобы период повторения импульсов 2L/ был равен периоду следования импульсов лазера накачки. Тогда импульсы накачиваемого лазера будут синхронизованы с импульсами лазера накачки, и поэтому данный метод называют синхронизацией мод при синхронной накачке. Этот тип накачки можно также осуществить в полупроводниковом лазере, пропуская через диодный переход ток в виде импульсов с частотой повторения /2L, где L — длина резонатора полупроводникового лазера. В обоих случаях зависимость усиления лазера от времени при такой импульсной накачке имеет вид, показанный [c.317]

Твердотельными называются, как правило, лазеры, активной средой которых является либо диэлектрический кристалл, либо стекло. Полупроводниковые лазеры мы рассмотрим отдельно, поскольку они имеют совсем другие механизмы накачки и генерации, В твердотельных лазерах активными центрами являются, как правило, примесные ионы, введенные в кристалл. Обычно такой ион принадлежит одной из групп переходных элементов Периодической системы элементов Менделеева (например, ионы переходных металлов, особенно Сг +, или ионы редкоземельных элементов, главным образом Nd + или ЕгЗ+). Используемые для генерации переходы включают электронные уровни незаполненных [c.331]

Ограничения, отмеченные в предыдущем разделе, сдерживали широкое использование полупроводниковых лазеров до тех пор, пока НС были предложены вначале одинарные гетеропереходы, а вскоре послс этого — двойные гетеропереходы. Мы ограничимся тем, что рассмотрим последний тип перехода, поскольку только он обычно и применяется. Чтобы проиллюстрировать его [c.412]

Принцип работы полупроводникового лазера может быть объяснен следующим образом. Согласно квантовой теории электроны в полупроводнике могут занимать две широкие энергетические полосы (рис. 14). Нижняя представляет собой валентную зону, а верхняя — зону проводимости. В нормальном чистом полупроводнике при низкой температуре все электроны связаны и занимают энергетический уровень, расположенный в пределах валентной зоны. Если на полупроводник подействовать электрическим током или световыми импульсами, то часть электронов перейдет в зону проводимости. В результате перехода в валентной зоне окажутся свободные места, которые в физике называют дырками . Эти дырки играют роль положительного заряда. Произойдет [c.36]

В направлении оси л вне пластины поле экспоненциально затухает. Резонансы для осевых мод в полупроводниковых лазерах с номинальными плоскими и параллельными концевыми отражателями определяются выражением (3.2), в котором необходимо учесть диэлектрическую проницаемость, а также дисперсию полупроводника, поскольку генерация происходит близко к резонансу с наинизшим межзонным переходом. Интервал длин волн (ДА.) между осевыми модами равен [c.41]

Выход излучения из резонатора и переход энергии в другие типы колебаний из-за несовершенства изображений, создаваемых зеркалами, окнами разрядных трубок, а также из-за неоднородностей показателя преломления активной среды (особенно в твердотельных и полупроводниковых лазерах). [c.226]

Полупроводниковые лазеры используют в качестве активных элементов неорганические вещества (кристаллы), обладающие свойствами полупроводников. В отличие от лазеров на примесных кристаллах генерация излучения в полупроводниках происходит не на переходах между уровнями примесных ионов, а на переходах между зоной проводимости и валентной зоной или между зонами и уровними, образуемыми примесями в запрещенной зоне, самого полупроводника. Таким образом, активным веществом является сама кристаллическая матрица, а примеси служат источником зарядов (электронов и дырок), рекомбинация которых приводит к возникновению фотонов. [c.755]

Существуют разные способы получения необходимой для работы лазера усиливающей излучение активной среды. Преобладание процессов вынужденного излучения над поглощением осуществляется при инверсии населенностей (Л 2>Л 1) рабочих уровней энергии 61 и 62 (см. 9.3). В импульсных твердотельных лазерах используется оптическая накачка светом мощной газоразрядной лампы-вспышки. В полупроводниковых лазерах непрерывного действия неравновесное состояние достигается при пропускании электрического тока через р-и-переход. В газовых лазерах атомы или ионы рабочего вещества возбуждаются в условиях электрического разряда. Во всех случаях затраченная на это энергия внешнего источника в конечном свете частично преобразуется в энергию когерентного излучения. [c.445]

Смещение средней частоты лазерного перехода. Средняя частота первичного лазерного перехода может быть смещена путем вариации различных параметров, определяющих поведение активной среды. Например, могут изменяться давление, температура, внешние электрические и магнитные поля и другие свойства среды, в которой находится активное вещество, а также свойства самого этого вещества. Для некоторых полупроводниковых лазеров (например, РЬТе) -при высоком давлении (10 бар) перестройка может составлять около октавы. [c.38]

Принцип действия мазера (641). Трехуровневый мазер (642). Рубиновый. лазер (644). Полупроводниковые лазеры на р —га-переходе (646). [c.629]

Полупроводниковые лазеры на р — -переходе. Вынужденное излучение можно получить иа кристалле полупроводника за счет рекомбинации электронов и дырок в области р — л-иере-хода (рис. 18.18). Накачка, т. е. создание инверсии населенностей, осуществляется путем приложения к р — л-переходу электрического напряжения. Электромагнитным резонатором является внутренняя часть кристалла полупроводника, поскольку отражательная способность границы кристалл — воздух весьма высока. Две грани кристалла, перпендикулярные к плоскости р — м-перехода, обычно полируют или тщательно очищают. Необходимо, чтобы грани были плоскопараллельными испускаемое излучение распространяется вдоль плоскости р—л-перехода. [c.646]

Специального пояснения и обобщения, однако, требует понятие разности населенностей рабочих лазерных уровней в полупроводнике. Дело в том, чго в отличие от рассмотренных твердотельных лазеров на редкоземельных и переходных ионах (рубин, Ы(1 УАС и др.) и от атомарных и ионных газовых лазеров (Не - Не, аргоновый и др.) в полупроводниковых лазерах генерация происходит не между отдельными дискретными (хотя и уширенными) уровнями, а на целой совокупности переходов между зонами состояний электронов в полупроводнике (зона проводимости (с) и валентная зона (и) показаны на рис. 1.4). [c.34]

Рис. 5.41. Полупроводниковый лазер на р — л-переходе.

При освещении П., облучении быстрыми частицами, наложении сильного электрич. поля и т. д. в П. появляются дополнит, неравновесные носители, что приводит к повышению электропроводности (см. Фотопроводимость). Наряду с генерацией неравновесных носителей существует обратный процесс — рекомбинация эл-нов и дырок — переход эл-на из зоны проводимости в валентную зону, в результате чего происходит исчезновение эл-на и дырки. Рекомбинация может сопровождаться излучением, что лежит в основе полупроводниковых источников света (полупроводниковый лазер, светоизлучающие диоды). [c.566]

I — возможная область генерации на вращательных переходах II--возможная область генерации на колебательно-вращательных переходах III—возможная область генерации на электронных переходах IV — полупроводниковые лазеры V—химические лазеры VI — лазеры на красителях VII—газовые лазеры VIII — твердотель г ные лазеры [c.297]

В полупроводниковых лазерах, в отличие от лазеров на примесных кристаллах, активным веществом служит сама кристаллическая матрица полупроводника, а примеси лишь служат источником носителей заряда электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. При создании с помощью накачки избыточного (по сравнению с равновесным) числа электронов и дырок позможно возвращение к состоянию равновесия посредством оптического межзонного перехода — фоторекомбинации. Вероятность фоторекомбинации велика лишь для прямозонных полупроводников, таких, у которых максимум энергии.в валентной зоне и минимум энергии в зоне проводимости соответствуют одному и тому же значению квазиимпульса. По этой причине все полупроводники, на которых получена генерация, являются прямозонными. Перечислим важнейшие свойства полупроводниковых лазеров [c.946]

Существенным недостатком полупроводниковых лазеров является сильная зависимость их параметров от температуры. С повышением температуры, происходящим из-за разогрева диода значительным прямым током, изменяется ширина запрещенной зоны, что приводит к изменению спектрального состава излучения и смещению его максимума в сторону длинных волн.Но главное состоит в том, что с увеличением температуры резко растет пороговый ток /пор. так кяк при неизменном токе инжекции и, следовательно, при неизменной концентрации инжектированных носителей вблизи р — ft-перехода их распределение rio энергиям становится более размытым—увеличивается интервал энергий, по порядку равный йТ, в пределах которого распределяются свободные носители заряда в энергетических зонах. Так как коэффициент усиления света зависит от степени заполнения электронами и дырками состояний соответственно в зоне проводимости и в валентной зоне, то при том же уровне нн-жекции коэффициенты усиления падают с ростом температуры. Это означает, что для достижения порогового значения коэффициента усиления при повышенных температурах требуется больший пороговый ток /пор- Поэтому проблема отвода тепла or р — ft—перехода для полупроводниковых лазеров имеет первостепенное значение. [c.343]

Полупроводниковые лазеры, в которых возбуждение осуш,е-ствляется при инжекции носителей через р—я-переход, получили название инжекционных ПКГ. Типичным представителем этой группы полупроводниковых квантовых генераторов является лазер на р— -переходе в арсениде галлия. Акцепторными примесями в кристалле арсенида галлия являются цинк, кадмий и др., донорными примесями — теллур, селен и др. Схема такого лазера приведена на рис. 42. Кристалл имеет размеры 0,5—1 мм . Верхняя его часть представляет собой полупроводник р-типа, нижняя — м-типа, между ними имеется р—п-переход. Толш,ина р—п-перехода 0,1 мкм, излучающий слой имеет несколько большую величину, 1—2 мкм, вследствие проникновения электронов и дырок через р— -переход в глубь кристалла. [c.61]

Оптические квантовые генераторы (ОКГ, лазеры). Колебат. системами ОКГ являются открытые резонаторы с размерами 1 >Х, образованные двумя или более отражающими поверхностями. Семейство газовых лазеров многочисленно, они перекрывают диапазон длин волн от УФ области спектра до субмиллиметровых волн. В твердотельных лазерах активной средой являются диэлектрич. кристаллы и стёкла. Особый класс твердотельных ОКГ составляют полупроводниковые лазеры, в к-рых используются излучательные квантовые переходы между разрегпёнными энергетич, зоиами, а не дискретными уровнями энергии. Жидкостные лазеры работают на неорганических активных жидкостях, а также на растворах органич. красителей (см. Лазеры на красителях). [c.434]

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ лазер — 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 межзон-, ной люминесценцией (излучат, рекомбинацией созданных внеш. воздействием избыточных электронов и дырок рис. 1). Поэтому длину волны А, лазерного излучения можно выразить через ширину запрещённой зоны [c.51]

Развитие полупроводниковых лазеров сделало Tiep neK-тивным использование их для накачки Т. л. Полупроводниковые лазеры (ПЛ) на основе монокристаллов арсенида галлия путём изменения состава позволяют получать генерацию в области 0,75 -н 1 мкм, что даёт возможность эффективно возбуждать генерацию на ионах Nd , TnT , Но , и Yb [5]. Накачка излучением ПЛ является близкой к резонансной, что в значит, степени снимает проблему наведённых термич. искажений в АЭ и позволяет относительно легко достигать предельно высокой направт jrenHo TH лазерного пучка. Получена непрерывная генерация на ионах Но (> г 2,) мкм), Тт (Х, 2,3 мкм), Ег (Я, 2.9 мкм), а также на разл. переходах ионов Порог генера1ши по мощности накачки в нек-рых случаях составляет единицы милливатт. Так, напр., порог генерации на ионах Но " в кристалле ИАГ—Тш —Но равен 4 МВт, а порог генерации на осн. переходе ионов N d в стекле не превышает 2 мВт. На целом ряде кристаллов с неодимом получена генерация второй гармоники. На осн. переходе неодима реализованы режимы модуляции добротности и синхронизации мод. Общий кпд неодимового непрерывного лазера с накачкой излучением ПЛ на длине волны генерации 1,06 мкм достигает 20%, [c.50]

Применение гетероструктур с квантовыми ямами и сверхрешетками типа АЮаАз/ОаАз в полупроводниковых лазерах позволило значительно снизить пороговые токи, использовать более короткие волны излучения и улучшить другие экстшуатационные характеристики в быстродействующих оптиковолоконных системах передачи информации. Переход к гетероструктурам с квантовыми проволоками и точками приводит к еще более значительным результатам (дальнейшее уменьшение порогового тока, повышение температурной стабильности и др.), важным для лазеров, оптических модуляторов, детекторов и эмиттеров, работающих в дальней инфракрасной области. Полупроводниковые наноструктуры весьма перспективны для систем преобразования солнечной энергии. Таким образом, прогресс в области создания гетероструктур с квантовыми точками позволит качественно улучшить служебные характеристики многих устройств современной и будущей техники. [c.166]

Накачку полупроводниковых лазеров можно осуществить различными путями, что действительно было проделано. Например, можно использовать внешний электронный пучок или пучок от другого лазера для поперечного возбуждения в объеме полупроводника. Однако до сих пор наиболее удобным методом возбуждения является использование полупроводника в виде диода, в котором возбуждение происходит за счет тока, протекающего в прямом направлении. В этом случае инверсия населенностей достигается в узкой (<1 мкм) полоске между р- и -областями перехода. Можно выделить два основных типа полупроводниковых лазерных диодов, а именно лазер на гомопереходе и лазер на двойном гетеропереходе (ДГ). Лазер на гомопереходе представляет интерес главным образом благодаря той роли, которую он сыграл в историческом развитии лазеров (так были устроены первые диодные лазеры), однако здесь полезно кратко рассмотреть этот лазер, поскольку это поможет подчеркнуть те большие преимущества, которыми обладают ДГ-лазеры. Действительно, только после изобретения лазера на гетеропереходе (1969 г.) [34—36] стала возможной работа полупроводниковых лазеров в непрерывном режиме при комнатной температуре, в результате чего открылся широкий спектр применений, в которых эти лазеры теперь используются. [c.409]

В заключение рассмотрим модуляционную способность полупроводниковых лазеров. Это рассмотрение имеет определенное значение, поскольку, например, модуляционная способность устанавливает предел частоты повторения импульсов лазера в импульсно-кодовой схеме модуляции. Если диод возбуждается идеальным прямоугольным импульсом, то импульс излучения будет иметь конечную задержку Xd, а также конечные значения длительности переднего Тг и заднего Xf фронтов (рис. 6,50). Задержка Xd связана с тем, что для создания необходимой инверсии населенностей необходимо определенное время. Конечные значения длительностей переднего и заднего фронтов определяются следующими двумя причинами 1) конечным значением емкости перехода, которая ограничивает нарастание скорости накачки в активном слое 2) конечным временем формирования и окончания процесса вынужденного излучения (как правило, Xrскоростей передачи можно воспользоваться следующими двумя приемами 1) устанавливать [c.419]

Рис. 6.5. Схема возбуждения энергетических переходов иона Рг " " в ЬаРз для реализации информационных вентилей [245]. Блоки а, Ь, с, (1 отражают различные операции, производимые над псевдоспинами. Переходы в блоках а и с могут быть осуществлены с помощью полупроводниковых инфракрасных лазеров. Переход Н4 — может быть реализован с помощью импульсного лазера на красителе Rodamine-6G , а для возбуждения перехода Нб — Ро может быть использован импульс оранжевого сверхизлучения

Широкое распространение получили твердотельные лазеры на обычных полупроводниковых77-переходах (лазерные диоды) или многослойных гетеропереходах с использованием так называемых твердых растворов (гетеролазеры). Одно из главных отличий полупроводникового лазера от лазеров других типов состоит в том, что индуцированные переходы происходят ие между узкими уров" нями энергии, а между э 1ергетическими зонами. [c.266]

Используемые в оптических линиях связи полупроводниковые лазеры на основе двойной гетероструктуры по устройству подобны светодиодам с торцевым излучением, описанным в 9.3. Как и в других лазерах, генерация излучения в них почти полностью обусловлена индуцированными переходами. Характерные особенности лазерного излучения по сравнению с излучением светодиодов узкополосность, направленность, возможность модуляции в широкой полосе частот. [c.265]

В предыдущих главах были представлены основы теории,, описывающей лазеры на гетероструктурах, и методы эпитаксиального выращивания. Были рассмотрены только те структуры, в которых существует ограничение для носителей -и излучения в лаправлении, перпендикулярном р — л-переходу. Они называются лазерами с широким контактом. Больше всего используются такие полупроводниковые лазеры, в которых ток ограничивается также и в плоскости р — -перехода (боковое ограничение). Они называются лазерами полосковой геометрии. В этой главе будут изложены и обсуждены методы изготовления и рабочие характеристики лазеров как с широким контактом, так и полосковой геометрии. [c.181]

Шумы являются основным свойством любого источника сигнала. Первые исследования шумов в гомолазерах с широким контактом были проделаны Армстронгом и Смитом [187—189], а в полосковых гомолазерах — Паоли и Риппером [190]. Было найдено, что основным источником флуктуаций выходной мощности в непрерывном режиме является квантовый дробовой шум [190]. Источником дробового шума лазера являются беспорядочные спонтанные или вынужденные переходы. Общее теоретическое описание квантовых флуктуаций в лазерах было дано Мак-Камбером [191]. Его расчеты предсказывали появление максимумов в спектре шумов на релаксационных (пичко-вых) частотах (резонансах), обсуждавшихся в предыдущей части этого параграфа. Подробные расчеты Хауга [192] для полупроводникового лазера показали, -что и здесь получается такая же общая форма спектра шумов. [c.298]

Небольщая перестройка может быть также осуществлена во многих газовых лазерах высокого давления и некоторых полупроводниковых лазерах. Широкий обзор по импульсным молекулярным газовым лазерам высокого давления содержится в сборнике [148] в работах [168,264] представлены полезные сведения по перестраиваемым ИК-лазерам. Перестраиваемые ИК-ла-зеры при зондировании окружающей среды обладают тем достоинством, что больщинство веществ имеет колебательно-вращательные переходы, которые могут возбуждаться ИК-излуче-нием [202]. Возможные приложения нового класса лазеров на александрите, работающих в ближней ИК-области спектра, в настоящее время находятся в стадии исследований. [c.253]

Термин И. применяют также по отношению к разл. приборам, понимая под И. прибора его св-во показывать регистрируемую величину с нек-рым запаздыванием. ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЛАЗЕР, полупроводниковый лазер, в к-ром для создания инверсии населённости используется инжекция избыточных эл-нов и дырок в прямом (пропускном) направлении через нелинейный ПП контакт, обычно через р—п-переход или гетеропереход. Важнейшей разновидностью И. л. явл. гетеролазер, включающий два гетероперехода, между к-рыми находится активный слой с более узкой запрещённой зоной, чем в прилегающих слоях. И. л. имеет в кач-ве оптич. резонатора плоскопараллельные зеркальные грани самого кристалла или выносные зеркала. Хар-ки нек-рых И. л. даны в табл. в ст. Полупроводниковый лазер. П. Г. Елисеев. ИНЖЕКЦИЯ носителей (от лат. in-je tio — вбрасывание), проникновение неравновесных (избыточных) носителей заряда в полупроводник или диэлектрик иод действием электрич. поля. Источником избыточных носителей служит контактирующий ПП или металл (см. Электронно-дырочный перехбд), свет (ф о т и н ж е к-ц и я), само электрич. поле (лавинная И.) и т. п. При контактной И. внеш. электрич. поле нарушает равновесие потоков носителей заряда через контакт двух тв. тел с разными работами выхода Ф. При приведении ТВ. тел в контакт возникают диффузионные потоки носителей, приводящие к тому, что в приконтактной области дно тело заряжается положительно, а другое — отрицательно. Вблизи контакта возникает электрич. [c.221]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...