Полупроводниковые лазеры накачка

В настоящее время создано весьма большое число различных лазеров, которые отличаются друг от друга либо всеми перечисленными элементами, либо их частью. В тех случаях, когда работа лазеров базируется на различных физических явлениях, эти различия имеют более принципиальный характер. Например, в лазерах на твердом теле, за исключением полупроводниковых лазеров, накачка производится при помощи фотонов, испускаемых источниками света, В газовых лазерах в подавляющем большинстве случаев она осуществляется при прохождении электрического тока через газ и возбуждением рабочих атомов при [c.15]

Материалы для полупроводниковых лазеров. В качестве активных сред полупроводниковых лазеров используются в подавляющем большинстве случаев бинарные полупроводниковые соединения или многокомпонентные твердые растворы на их основе, так как элементарные полупроводники не являются прямозонными. В табл. 34.6 представлены полупроводниковые материалы, используемые в качестве рабочего вещества лазеров, и указан способ накачки. [c.946]

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]

Основные элементы лазера - это генератор накачки и активная среда. По активным средам различают твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры. В твердотельных лазерах (рис. 121) в качестве [c.234]

Напомним, что электрическая накачка применяется в газовых и полупроводниковых лазерах. В данном разделе мы ограничимся рассмотрением лишь газовых лазеров, а обсуждение более простого случая, т. е. накачки полупроводникового лазера, отложим до разд. 6.6 (см. гл. 6). [c.131]

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]

Накачка полупроводниковых лазеров [c.409]

Кроме подразделения лазеров на группы по агрегатному состоянию рабочего вещества, возможно подразделение их в зависимости от способов накачки. Так, среди газовых лазеров могут быть лазеры как о электронной, так и с химической накачкой. Полупроводниковые лазеры могут иметь как электрическую, так и оптическую накачку и т. д. [c.16]

Снижения тепловыделения в активной среде можно достичь, если применить источники света с повышенной селективностью, линии или полосы излучения которых совпадают с длинноволновой полосой поглощения иона активатора. В качестве таких источников для лазеров на неодимовых средах могут быть использованы разрядные лампы с парами щелочных металлов [34]. Правда, в этом случае появляются свои сложности для обеспечения рабочего режима необходимо поддерживать достаточно высокую (500—600°С) температуру колбы лампы. В маломощных лазерах может быть применена накачка полупроводниковыми лазерами и светодиодами [12]. [c.119]

Вьщеление генераторов на фоторефрактивных кристаллах (ФРК-лазеры) в отдельную главу оправдывается двумя обстоятельствами. Во-первых, наличие нелокального отклика и связанное с ним стационарное усиление позволяют практически реализовать целый набор новых генераторов со специфическими способами создания обратной связи, в том числе семейство генераторов, обеспечивающих обращение волнового фронта падающего пучка накачки. Во-вторых, исключительно низкий порог генерации по мощности волн накачки позволяет создавать и исследовать генераторы, работающие в непрерывном режиме при накачке пучками газовых или полупроводниковых лазеров во всем видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. [c.127]

Рис. 6.8. Гибридный полупроводниковый лазер с полулинейным резонатором на пассивном обращающем зеркале с петлей накачки

Полупроводниковые лазеры накачка инжекцией через гетеропереход (см. Гетеролазер), а также электронным пучком. Гетеролазеры миниатюрны, hm fot больнюй кпд, могут работать в импульсном и непрерывном режимах. Применение спектроскопия, оитич. стандарты частоты, оптич. линии свя.зи, звуко- и видио-систе.мы. Л. с электронной накачкой перспективны для проекционного лазерного телевидения, оптич. обработки информации. [c.551]

Полупроводниковый лазер накачки для ВРМБ-усилителя должен работать в одночастотном режиме, чтобы ширина его спектральной [c.274]

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]

Внутрирезоваторные лазерные М. с. Кроме описанных выше М. с., воздействующих на проходящий световой пучок, возможно управление оптич. излучением при его генерации. Напр., модуляция излучения полупроводникового лазера осуществляется модуляцией тока накачки. В газовых и твердотельных лазерах внесение в резонатор переменных потерь приводит к амплитудной модуляции излучения. При этом внутрирезо-наторная модуляция, как правило, значительно эффективнее модуляции проходящего света. Введение в резонатор лазера фазового М. с. позволяет изменять оптич, длину резонатора и осуществлять частотную модуляцию излучения. Полоса частот внутрирезонатор-ных М. с. должна быть меньше разности частот генерируемых лазером мод До). При приближении частоты внеш. воздействия к Дш начинается эфф. взаимодействие между модами лазера, приводящее К синхронизации мод и генерации лазером коротких оптич. импульсов. Осп. недостатком внутрирезонаторных М. с. является то, что внесение в резонатор дополнит, элементов снижает общую мощность излучения лазера и ухудшает стабильность генерации. [c.183]

Параметры систем О. л. зависят от характеристик осн. используемых узлов лазера, фотоприёмника, сканирующего устройства, модулятора и т. д. Наиб, широко в О. л. применяются лазеры, генерирующие в ИК-области спектра,— полупроводниковые, твердотельные, газовые. Полупроводниковые лазеры обеспечивают как непрерывный режим (до сотен мВт), так и импульсный (до сотен Вт) в ближней ИК-области спектра (X X 0,8—0,9 мкм). Модуляция полупроводниковых лазеров, как правило, осуществляется током накачки. Иа твердотельных лазеров в О. л. используются лазеры на разл. матрицах, активированных ионами неодима, в частности на основе алюмоиттриевого граната (A, = 1,06 мкм). Лазер на гранате, обладающий низким порогом возбуждения и хорошей теплопроводностью, может работать при больших частотах повторения импульсов, а также и в непрерывном режиме излучения при кпд до 3%. Предпочтительны в О. л. лазеры на двуокиси углерода (СО,-лазеры) с X 10,6 мкм, имеющие большой кпд (- 10%), мощность излучения от единиц Вт до кВт в непрерывном и МВт в импульсном режимах, узкую линию излучения (неск. кГц). [c.433]

Высокая степень когерентности лазерного излучения позволяет использовать помехоустойчивые методы модуляции — частотную, фазовую и поляризац. модуляцию. Известны системы О. с. с применением поляризац. мо-цуляции излучения непрерывных газовых лазеров (лазер Не — N6 с X = 0,63 мкм и СО -лазер с А, = 10,6 мкм) для передачи как аналоговой, так и цифровой информации. Для передачи последней наиб, удобна импульсная модуляция интенсивности полупроводниковых лазеров током. накачки. [c.441]

РОС применяется в лазерах на красителях и тонкоплёночных полупроводниковых лазерах. В лазерах на красителях используется преим. светрипдуцированная РОС, возникающая в результате периодич. изменения коэф. усиления и показателя преломления при интерференции двух высококогерентных пучков накачки (рис. 2, а и б). Перестройка длины волны в РОС-лазере [c.254]

В импульсных С. источником излучения обычно являются твердотельные. и полупроводниковые лазеры, работающие в ближнем ИК-диапазоне (0,8- -1,06 мкм), излучение к-рых формируется в виде коротких импульсов. Медленно меняющиеся расстояния измеряются с помощью одиночных импульсов при. быстро меняющихся расстояниях применяется непрерывно-импульсный режим излучения. Твердотельные лазеры допускают частоту следования импульсов излучения до 50—100 Гц, полупроводЕШКОвые — до 10 —10 Гц, Короткие импульсы (20—40 нс) твердотельных лазеров формируют в режиме модуляции добротности с помощью различного рода оптических затворов. В полупроводниковых лазерах генерация коротких импульсов мощностью до сотен Вт осуществляет- ся путём формирования коротких импульсов тока накачки. [c.464]

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]

В гл. 1 мы показали, что процесс, который переводит атомы с уровня 1 на уровень 3 (для трехуровневого лазера см. рис. 1.4, а) или с уровня О на уровень 3 (для четырехуровневого лазера см. рис. 1.4,6), называется накачкой. Накачка осуществляется, как правило, одним из следующих двух способов оптическим или электрическим. При оптической накачке излучение мощного источника света поглощается активной средой и таким образом переводит атомы активной среды на верхний уровень. Этот способ особенно хорошо подходит для твердотельных (например, для рубинового или неодимового) или жидкостных (например, на красителе) лазеров. Механизмы ушире-ния линий в твердых телах и жидкостях приводят к очень значительному уширению спектральных линий, так что обычно мы имеем дело не с накачкой уровней, а с накачкой полос поглощения. Следовательно, эти полосы поглощают заметную долю (обычно широкополосного) света, излучаемого лампой накачки. Электрическая накачка осуществляется посредством достаточно интенсивного электрического разряда, и ее особенно хорошо применять для газовых и полупроводниковых лазеров. В частности, в газовых лазерах из-за того, что у них спектральная ширина линий поглощения невелика, а лампы для накачки дают широкополосное излучение, осуществить оптическую накачку довольно трудно. Замечательным исключением, которое следует отметить, является цезиевый лазер с оптической накачкой, когда пары s возбуждаются лампой, содержащей Не при низком давлении. В данном случае условия для оптической накачки вполне благоприятны, поскольку интенсивная линия излучения Не с 390 нм (достаточно узкая благодаря низкому давлению) совпадает с линиями поглощения s. Фактически этот лазер представляет интерес лишь в историческом плане, как одна из первых предложенных лазерных схем. Кроме того, его реализация на практике является весьма сложной, поскольку пары s, которые для обеспечения достаточного давления газа необходимо поддерживать при температуре 175 °С, представляют собой весьма агрессивную среду. Оптическую накачку весьма эффективно можно было бы использовать для полупроводнико- [c.108]

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]

В этом эксперименте стробирующие импульсы накачки были довольно длинными (примерно 300 пс). В другом эксперименте [17] 30-пикосекундные сигнальные импульсы с частотой следования 1,97 ГГЦ (полученные при использовании полупроводникового лазера с распределенной обратной связью и модуляцией усиления, работающего в области 1,3 мкм) демультиплексировались при использовании 85-пикосекундных импульсов накачки от Nd YAG-лазера с синхронизацией мод. [c.183]

Как видно из рис. 8.5, волоконные ВКР-усилители легко обеспечивают усиление в 1000 раз (30 дБ) при мощности накачки около 1 Вт [51]. В недавнем эксперименте [54] сп1Нал от полупроводникового лазера с длиной волны 1,24 мкм был усилен на 45 дБ в световоде длиной 2,4 км. В этих экспериментах использовалась попутная накачка. В другом эксперименте [53] сигнал на длрше волны 1,4 мкм от полупроводникового лазера усиливался в поле как попутной, так и встречной волн накачки. В качестве накачки использовалось излучение от непрерывного Nd ИАГ-лазера с длиной волны 1.32 мкм. Было получено ненасыщенное усиление 21 дБ при мощности накачки около 1 Вт. В обеих конфигурациях усиление было примерно одинаковым благодаря изотропии процесса ВКР. [c.230]

Привлекательным свойством волоконных ВКР-усилителей является широкая полоса усиления (> 5 ТГц). Они могут использоваться для усиления одновременно нескольких каналов в многоканальной системе оптической связи. Это было продемонстрировано в эксперименте [74], где сигналы от трех полупроводниковых лазеров с распределенной обратной связью в диапазоне 1,57-1,58 мкм одновременно усиливались в поле накачки с длиной волны 1,47 мкм. В этом эксперименте излучение накачки было получено от многомодового полупроводникового лазера, что делает данную схему практически применимой для систем оптической связи. При мощности накачки всего 60 мВт было получено усиление 5 дБ. Теоретический анализ двухканального комбинационного усиления показывает, что в общем случае существует взаимодействие между каналами [75]. Широкая полоса усиления волоконных ВКР-усилителей делает их пригодными для усиления коротких оптических импульсов. Усовершенствованию систем оптической связи с помощью комбинационного усиления уделено значительное внимание [76-81]. Наиболее многообещающим кажется использование комбинационного усиления для передачи сверхкоротких солитоноподобных импульсов по световодам длиной несколько тысяч километров [78, 80] (см. разд. 5.4). В эксперименте [79] импульсы длительностью 10 пс на длине волны 1,56 мкм усиливались при накачке непрерывным лазером на центрах окраски с длиной волны 1,46 мкм. Усиление таких коротких импульсов возможно только благодаря широкой полосе ВКР. Недавно в такой схеме было продемонстрировано прохождение солитонов длительностью 55 пс по световоду эффективной длиной 4000 км [81]. [c.232]

Рис. 9.12. Схема волоконного ВРМБ-усилителя. ПЛ, И и ФД означают соответственно полупроводниковый лазер с внешним резонатором, изолятор и фотодетектор. Сплошные и штриховые линии показывают оптические пути излучения накачки и сигнала соответственно [41].

Рис. 9.12. Схема волоконного ВРМБ-усилителя. ПЛ, И и ФД означают соответственно <a href="/info/7268">полупроводниковый лазер</a> с внешним резонатором, изолятор и фотодетектор. Сплошные и <a href="/info/1024">штриховые линии</a> показывают <a href="/info/363183">оптические пути</a> излучения накачки и сигнала соответственно [41].

Недавно ВРМБ-усиление с накачкой от серийных полупроводниковых лазеров было использовано для одновременного усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов со скоростью передачи около 250 Мбит/с [48]. Демодуляция была возможной благодаря узкой линии ВРМБ-усиления. Данные примеры показывают, что ВРМБ, кроме негативного действия на систе.мы связи,. может быть использовано и для их улучшения. [c.279]

Развитие и дальнейшие перспективы квантовой э пектроники связаны с созданием эффективных, перестраиваемых по частоте источников излучения в различных областях оптического диапа-зона, работающих в разных режимах непрерывном, импульсном, импульсно-периодическом. Одним из перспективных путей создания таких лазеров является преобразование лазерного излучения. Лазер, использующий принцип такого преобразования, содержит две ступени. Первая—лазерный источник накачки, который возбуждает вторую ступень — активную среду (твердую, жидкую или газообразную). Возбуждение может быть резонансным и нерезонансным. Первыми преобразователями с резонансным возбуждением были полупроводниковые лазеры с оптической накачкой [121. В дальнейшем резонансная накачка была осуществлена в жидких активных средах, что привело к созданию лазеров на красителях. С появлением мощных лазеров в ИК-диапа-зоне (прежде всего СОг-лазеров) в качестве активных сред преобразовательных лазеров стали применяться молекулярные газы. К настоящему времени теоретические и экспериментальные исследования полностью подтвердили перспективность ГЛОН как источников излучения в среднем, дальнем ИК и субмиллиметро-вом диапазоне. [c.126]

Перспективы широкого практического использования нелинейно-оптических приемников зависят от параметров каждой из трех основных частей схемы приема — оптической накачки, нелинейной среды и системы регистрации излучения видимого диапазона. Если в вопросе регистрации видимого излучения трудно ожидать каких-либо качественных изменений, то по каждому из первых двух пунктов последнее время наблюдается заметный прогресс. Использование в качестве нелинейных сред новых кристаллов с большими нелинейными восприимчивостями, большими размерами и высоким оптическим качеством и в ряде случаев газов позволило суш,ественно ослабить ограничения, связанные с низким коэффициентом преобразования при сравнительно маломош,-ной накачке. С другой стороны, в области создания источников накачки наметился принципиальный сдвиг благодаря появлению полупроводниковых лазеров нового поколения. Совершенно реально ожидать в ближайшее время появления достаточно надежных малогабаритных источников накачки мош ностью порядка нескольких ватт в непрерывном режиме. Это выведет нелинейпо-оп-тические приемники уже на приборный уровень — непрерывный режим работы при высокой энергетической эффективности, малогабаритность и простота конструкции. [c.143]

Система Megafet h фирмы ЗМ ompany — первая серийная голографическая оптическая система памяти с немеханическим управлением [35]. В ней устройство памяти является также лишь считываемым, а голографическая информация записывается на фотопластинки с помощью отдельного устройства. Каждая фотопластинка включает,,в себя матрицу из 1024x1024 голограмм. Полная емкость системы 5- 10 бит. Применение единственного полупроводникового лазера с накачкой электронным лучом позволяет осуществлять выборку голограммы за 10 мкс. Эта система полностью совместима с ЭВМ. Скорость обработки данных в ней достигает 1,5-10 бит/с, [c.446]

Одним из неожиданных и еще не до конца понятых эффектов в лазерах на смещении волн оказалось самосвипирование частоты излучения гибридных лазеров на красителях с пассивным обращающим зеркалом. Впервые отмеченное в [10], оно затем было воспроизведено и исследовано в разных вариантах лазеров на красителях [11, 15, 27, 29]. Самосвипирование было получено и в полупроводниковом лазере с внешним резонатором, содержащим ФРК-лазер с петлей накачки [30]. Во всех работах нелинейной средой служил кристалл BaTiOa. Эти работы послужили толчком к тщательному экспериментальному и теоретическому изучению условий невырожденной генерации на смешении волн [29—34]. Очевидна прикладная ценность эффекта, и прежде всего для лазерной спектроскопии сверхвысокого разрещения, так как перестройка спектра накачки возможна с шагом дискретности до 1 Гц в диапазоне свыше 10 Гц. [c.207]

Для оценки возможностей КЛС по сравнению с мини-лазерами для воле на АИГ с неодимом и полупроводниковой накачкой, а также с основными используемыми в этой технике в настоящее время инжекционными гетеропереходными -многокомпонентными полупроводниковыми лазерами приведем табл. 7.18, заимствованную из [92] и уточненную по современным данным. [c.235]

Резюмируя сказанное и данные литературы, можно считать установленным, что в волноводах, сформированных в органических нелинейных средах на сечениях порядка длины волны возбуждающего излучения, возможно поддержание практически одинаковой высокой плотности мощности на больших длинах, не реализуемых при объемных взаимодействиях, когда происходит рас-, ширение гауссовских пучков. Например, гетеропереходный полупроводниковый лазер создает в волноводе 1X1 мкм плотность мощности 10 МВт/см , обеспечивающую при высоком нелинейнооптическом качестве материала выполнение им практически всех требующихся технике функций. Вторым преимуществом волноводных конфигураций является возможность использования дисперсии отдельных мод для компенсации эффективной дисперсии рефракции. Иначе — для данной длины волны накачки возможно обеспечить синхронизм подбором управляемых параметров волновода толщины, показателя преломления слоя и (или) подложки — вместе или независимо. Таким образом, при наличии необходимой технологии в волноводах обеспечивается синхронизация двух за- [c.250]

Рис. 2.20. Накачка полупроводникового лазера а —светом или облучением электронами (/ — излучение накачки 2 — излученный свет 3 — полупроводниковый лазер 4 — возбужденнный слой) б — путем инжекции носителей заряда (/ — ток инжекции 2 — возбужденный слой 3 — кристалл полупроводника 4 — электроды)..

Рис. 2.20. Накачка полупроводникового лазера а —светом или облучением электронами (/ — излучение накачки 2 — излученный свет 3 — <a href="/info/7268">полупроводниковый лазер</a> 4 — возбужденнный слой) б — путем <a href="/info/179176">инжекции носителей заряда</a> (/ — ток инжекции 2 — возбужденный слой 3 — кристалл полупроводника 4 — электроды)..

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...