Полупроводниковые лазеры и их характеристики

Не претендуя на полный охват существующих в настоящее время лазерных установок, приведем технические характеристики и назначение известных нам установок с целью ознакомления читателей с их возможностями при решении конкретных задач. Представляется также целесообразным выделить в отдельные группы установки с использованием твердотельных, газовых и полупроводниковых лазеров. [c.304]

Для измерения геометрических характеристик линии сварки и самого шва в зоне сварки применяется способ сканирования луча лазерного дальномера вокруг точки сварки. Этот способ адаптивной сварки иллюстрируется рис. 5.18. В качестве излучателя здесь используется полупроводниковый лазер с мощностью импульса от 1 до Ш Вт, работающей в инфракрасном диапазоне. На свариваемые поверхности оптическая система лазера проецирует световое пятно диаметром 0,3 мм. Другая оптическая система воспринимает отраженный луч и фокусирует изображение пятна на фотоприемники прибора с зарядовой связью (ПЗС) с разрешающей способностью порядка 10 мкм. [c.175]

Полупроводниковые лазеры и их характеристики [c.414]

Взаимодействие функциональных элементов источников питания определяет система управления, которая обеспечивает точность и стабильность параметров, выдачу и синхронизацию сигналов, задает род работы лазерного излучателя. Наряду с общими принципами конструирования преобразовательных устройств, при разработке источников питания лазерных излучателей возникает ряд специфических требований, обусловленных своеобразием вольт-амперных характеристик излучателей и особенностями их режимов работы. Основные из этих требований рассмотрены при описании схем источников питания твердотельных, газовых и полупроводниковых лазеров. Большинство из приведенных схем источников питания прошло проверку в лабораторных и производственных условиях и хорошо зарекомендовало себя. [c.4]

Еще одной важной характеристикой лазера является расходимость лазерного луча. Наиболее узкий луч имеют газовые лазеры. Он составляет величину в несколько угловых минут. Расходимость луча твердотельных лазеров около 1...3 угловых градусов. Полупроводниковые лазеры имеют лепестковый раскрыв излучения в одной плоскости около одного градуса, в другой — около I0...15 угловых градусов. [c.25]

Рис. 15 . Схема полупроводникового лазера (а) и его спектральная характеристика (б)

Неоднородно уширенная спектральная линия газового лазера едва-едва разрешается самыми лучшими из имеющихся в настоящее время спектрографами с дифракционной решеткой, а это самая широкая линия выходного спектра газового лазера. Для анализа мод резонатора газового лазера требуется аппаратура с более высоким разрешением. Спектрографы же и монохроматоры с дифракционной решеткой вполне пригодны для анализа спектральных характеристик твердотельных и полупроводниковых лазеров. [c.330]

При проведении активной термометрии наиболее часто применяются лазеры. Причина состоит в том, что для лазеров характерны высокая монохроматичность, очень малая расходимость (порядка 1 мрад) и высокая яркость излучения (измеряемая в Вт/(см мкм ср)), на порядки величины превосходящая яркость ламп накаливания и газоразрядных ламп. Эти характеристики лазера позволяют регистрировать зондирующее излучение на фоне любых помех. Существуют лазеры с длиной волны, перестраиваемой в широком диапазоне спектра (от инфракрасного до ультрафиолетового). Широко распространены компактные полупроводниковые лазеры видимого и инфракрасного диапазонов. [c.23]

Хотя выполнение порогового условия имеет существенно значение для работы лазера, рассмотрим здесь другие характеристики. Спектральные характеристики лазерного излучения зависят от свойств резонатора. Рисунки 10.10 и 10.11 иллюстрируют поведение полупроводникового лазера по обе стороны от порога. Из рис. 10.10 видно, как можно определить пороговый ток. Крутизна ватт-амперной характеристики в области спонтанного излучения соответствует внешней квантовой эффективности, рассмотренной в 8.5. Крутизна этой характеристики [c.284]

В гл. 10 рассматривался принцип работы полупроводниковых лазеров. Цель настоящей главы — более детальное описание некоторых полупроводниковых лазеров, предназначенных для использования в оптических системах связи. Будут рассмотрены их конструкции, электрические и оптические характеристики. Основные требования, предъявляемые к лазерному источнику для связи [c.288]

Необходимо отметить, что надежность источника света — один из основных факторов, сдерживающих внедрение волоконных систем в телефонную связь. Первые полупроводниковые инжекционные лазеры выходили из строя через несколько минут, и даже после разработки приборов на основе двойной гетероструктуры срок службы в несколько часов считался нормальным. Каждый, кто имел дело с проектированием или разработкой электронной аппаратуры, знает, что всегда имеется много причин, по которым какой-либо конкретный прибор может оказаться неработоспособным. Изучение работы полупроводниковых лазеров выявило большое число возможных механизмов деградации. Одна из серьезных проблем — выявление причин деградации и улучшение рабочих характеристик. Здесь будет рассмотрен общий подход и некоторые из предложенных решений. Желающие познакомиться с вопросом более глубоко могут воспользоваться специальной литературой 17.11, ПО. 11, (10.21 или какой-либо из многочисленных обзорных статей, например Ill.ll. [c.288]

Если к полупроводниковому лазеру приложить токовый импульс с малым временем нарастания, то световой выход будет задержан на несколько наносекунд, а затем он будет характеризоваться затухающими колебаниями. На рис. 7.11.6 показан пример такого светового отклика вместе с импульсом тока накачки. Задержка приблизительно в 4 не — это кратковременная задержка, обсуждавшаяся в 7 этой главы. Затухающие колебания выходной оптической мощности в этом частном случае имеют частоту 1 ГГц, а декремент затухания равен нескольким наносекундам. Поведение такого типа называется релаксационными колебаниями. Если прикладывать токовый импульс, то сначала нарастание концентрации носителей будет задержано временем жизни носителей. Затем концентрация носителей возрастет настолько, что превысит величину, необходимую для достижения порога. Возникшее световое поле уменьшит концентрацию носителей, что приведет к уменьшению амплитуды светового поля, вследствие чего концентрация носителей снова может нарастать. Этот процесс продолжается, но амплитуда каждого последующего цикла уменьшается. Такие динамические характеристики полупроводникового лазера описываются скоростными уравнениями [179] для носителей и фото- [c.296]

Интенсивное исследование квантовых эффектов в сверхтонких полупроводниковых гетероструктурах уже привело к появлению новых классов полупроводниковых приборов — резонансных туннельных диодов и транзисторов, обладающих потенциально очень высоким быстродействием (предельные частоты до 10 Гц) и широким спектром других возможностей, а также инжекционных лазеров на квантовых ямах и квантовых точках с уникальными рабочими характеристиками. С обо- [c.111]

В предыдущих параграфах описаны характеристики фоторефрактивных кристаллов, использование которых позволило реализовать большое число различных типов лазеров на динамических решетках. В данном параграфе мы рассмотрим другие нелинейные среды, на которых реализован ряд генераторов. Наибольшее число результатов относится к видимой области спектра, хотя в последнее время большой интерес проявляется к инфракрасной области, в частности 10,6 мкм, где имеются импульсные и непрерывные лазеры на СОг. Описываемые ниже среды находят применение и в этой области спектра, особенно полупроводниковые кристаллы и среды с тепловой нелинейностью. [c.55]

Следующей важной характеристикой лазера является диапазон длин волн, в котором сосредоточено излучение, т. е. монохроматичность. У газовых лазеров монохроматичность очень высокая, она составляет 10 °, т. е. значительно выше, чем у газоразрядных ламп, которые раньше использовались каи стандарты частоты. Твердотельные лазеры и особенно полупроводниковые имеют в своем излучении значительный диапазон частот, т. е. не отличаются высокой монохроматичностью. [c.25]

Очень важной характеристикой лазеров является коэффициент полезного действия. У твердотельных он составляет от 1 до 3,5%, у газовых 1...15%, у полупроводниковых 40...60%. В.месте с тем принимаются всяческие меры для повышения кпд лазеров, ибо низкий кпд приводит к необходимости охлаждения лазеров до температуры 4...77 К, а это сразу усложняет конструкцию аппаратуры. [c.25]

К лазерам с периодической модуляцией оптических характеристик относятся РОС- и РБО-лазеры [5, 9, 12]. Пространственной периодической модуляции могут быть подвергнуты любые параметры этих лазеров, влияющие на условие распространения в них электромагнитной волны полупроводниковые среды, коэффициент затухания или усиления, размеры сечения волновода, форма граничной поверхности и т. д. В ИЛ периодическая структура может быть или совмещена с усиливающим слоем, или расположена за его пределами, выполняя по существу роль селективных по частоте многослойных концевых зеркал обычного резонатора. В первом случае — это РОС-лазеры, во втором — РБО-лазеры. Лазерные структуры с периодической модуляцией оптических характеристик различаются порядком дифракции, равным целому числу полуволн лазерного излучения, укладывающихся на периоде неоднородности. Наиболее удобным методом осуществления РОС является создание на границе соответствующих монокристаллических слоев дифракционных решеток с необходимыми параметрами. [c.116]

Использование эпитаксиальных пленок в электронной промышленности позволило существенно улучшить характеристики туннельных и лазерных диодов, разработать технологию получения транзисторов с высоким коэффициентом усиления на высоких частотах, мощных и высоковольтных транзисторов. На применении эпитаксиальных слоев основано производство таких приборов, как планарные полевые транзисторы, выполненные на структуре металл-окисел-полупроводник с изоляцией У-образными канавками (У-МОП). Эпитаксиальные структуры также используются для улучшения характеристик памяти с произвольным доступом и комплементарных интегральных МОП-схем. Новые перспективы в технике открыло применение эпитаксиальных гетероструктур, создание которых другими методами затруднено, в полупроводниковых приборах (например, для изготовления инжекционных лазеров). Кроме того, эпитаксия дает возможность получения многослойных структур со свойствами каждого слоя, практически не зависящими от свойств предыдущего слоя. Это открывает широкие возможности для разработки качественно новых типов электронных приборов. [c.322]

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]

Полупроводниковые лазеры, первый представитель которых (на GaAs) появился еще в 1962 г., в последнее время все чаще привлекают внимание специалистов. Это обусловлено рядом причин. Во-первых, в настоящий момент уже разработано достаточно большое количество (несколько десятков) различных полупроводниковых лазеров, работающих в диапазоне длин волн 0,3...30 мкм. При этом многие из них (например, GaAs, ZnO, dS) могут работать при комнатной температуре. Во-вторых, разработка технологии изготовления смешанных полупроводников позволяет перекрыть указанный диапазон генерации непрерывно, подбирая материал полупроводника и соотношение его компонент. Серьезные успехи в последнее время достигнуты и на пути улучшения энергетических характеристик полупроводниковых лазе- [c.183]

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]

Весьма эффективным методом улучшения пространственных и временных характеристик излучения ПГС является инжекция маломощного внешнего сигнала с высокой степенью когерентности. В этом случае генерация развивается не от уровня шумов, а от уровня инжектируемого сигнала. Для инжекции можно использовать излучение полупроводниковых лазеров [41] или лазеров на красителе, синхронно-накачиваемых частью цуга излучения задающего генератора. В отличие от полупроводниковых лазеров, имеющих узкий диапазон перест- [c.257]

Полупроводниковые лазеры имеют вольт-амперную характеристику, типичную для обычных полупроводниковых диодов. В связи с этим задавать и контролировать режим работы полупроводникового лазера целесообраз- [c.32]

Лазерные дальномеры на рубине и неодимовом стекле обеспечивают измерение расстояния до неподвижных или медленно перемещающихся объектов, поскольку частота следования импульсов небольшая. Не более одного герца. Если же нужно измерять небольшие расстояния, но с большой частотой циклов измерений, то используют фазовые дальномеры с излучателями на полупроводниковых лазерах. В них в качестве источника применяется, как правило, арсенид галлия. Вот характеристики одного из дальномеров, выпускаемых в США [9] выходная мощность 6,5 Вт в импульсе, длительность которого равна 0,2 мкс, а частота следования импульсов 20 кГц. Расходимость луча лазера составляет 350X160 мрад, т. е. напоминает лепесток. При необходимости угловая расходимость луча может быть уменьшена до 2 мрад. Приемное устройство состоит из оптической системы, в фокальной плоскости которой расположена диафрагма, ограничивающая поле зрения приемника в нужном размере. Коллимация выполняется короткофокусной линзой, расположенной за диафрагмой. Рабочая длина волны составляет 0,902 мкм, а дальность действия от О до 400 м. В печати сообщается, что эти характеристики значительно улучшены в более поздних разработках. Так, например, английская фирма Бритиш Эйркрафт разработала лазерный дальномер с дальностью действия 1500 м и точностью измерения расстояния +30 м. Этот дальномер имеет частоту следования 12,5 кГц при длительности импульса 1 МКС. Другой дальномер, разработанный в США, имеет диапазон измерения дальности от 30 до 6400 м. Мощность в импульсе 100 Вт, а частота следования импульсов составляет 1000 Гц [9]. [c.138]

Оптические вычисления, под которыми подразумевают выполняемые оптическими методами операции с дискретными числовыми данными, являются новинкой в долгой истории развития оптической обработки сигналов. Утверждения о том, что оптические методы могут успешно конкурировать и теоретически превзойти по своим возможностям электронные методы обработки данных, впервые привлекли серьезное внимание в середине 1970-х гг. [I, 2], а в последнее время в этом направлении возник настоящий шквал публикаций. Сначала может показаться, что электромагнитные поля оптического диапазона непригодны для реализации цифровой логики, так как они распространяются линейным и непрерывным образом, в то время как поток электронов в цепи может быть просто преобразован в дискретные двоичные уровни. Одпако имеются три свойства оптики, которые делают ее привлекательной для цифровых вычислений. Первое — это широкая полоса частот оптических источников, которая может для полупроводниковых лазеров достигать гигагерц. Второе — это широкая полоса пространственных частот. Двумерная оптическая система может иметь крайне большое число элементов, разрешающих изображение, каждый из которых можно рассматривать как отдельный канал связи, а все они параллельно передают сигнал в одной и той же системе. В случае пекогерентного освещения все разрешающие ячейки оптической системы являются взаимно независимыми. При освещении когерентным светом каналы являются связанными между собой, что приводит к исключительно высокой степени организации межэлементных соединений. Третьей, относящейся к оптическим соединениям, характеристикой является отсутствие интерференции при распространении сигналов, что иногда описывают как возможность пересечения оптических проводов . Два оптических поля могут распространяться друг через друга, не оказывая взаимного влияния. Эти [c.182]

Включение интегральных направленных ответвителей с регулируемой и нерегулируемой связью между волноводами в волоконно-оптические цепи, позволяет реализовать решетчатые волоконно-оптические структуры, которые могут быть использованы для выполнения с высоким быстродействием различных операций во временной и частотных областях, например операций над матрицами и операций фильтрации. Объединяя полупроводниковый лазер с одномодовым световодом и направленным ответвителем, можно создать рециркуляционную линию задержки. В состав рециркуляционной линии задержки с двумя ответвителями входит одномодовый световод, образующий контур с временной задержкой, равной т, замкнутый сам на себя через направленные ответвители. Оптические сигналы, поступившие на вход, многократно циркулируют в контуре и при этом частично попадают на входы. Импульсная характеристика такой системы состоит из ряда спадающих максимумов, равноотстающих друг от друга во времени на величину задержки в контуре т. [c.154]

В книге английского специалиста достаточно полно изложены все вопросы. относящиеся к оптическим системам передачи информации. Приведена обобщенная схема оптического канала, даны основные характеристики существующих излучателей и фотоприемников, а также классификация цифровых оптических систем связи в зависимости от их пропускной способности. Рассмотрены особенности распространения света и механизмы потерь в оптических волокнах. Описаны методы изготовления оптических волокон. Рассмотрены принцип действия и основные характеристики полупроводниковых лазеров и фотоприемииков различных типов. [c.4]

Нелянейность излучательных характеристик полупроводниковых лазеров, ограничивающая их использование для аналоговой передачи сигналов [c.14]

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]

Обычно порог генерации в полупроводниковом лазере определяется по перегибу на ватт-амперной характеристике или при экстраполяции ватт-амперной характеристики к световой мощности, равной нулю, в соответствии с рис. 3.8.10. При вычислении пороговой плотности тока обычно не стремятся получить точное значение /пор, так как трудно измерить площадь сечения лазера с большей точностью, чем 5—10%. Однако, измеряя шумовые флуктуации интенсивности излучения, Паоли [135] удалось связать порог стабильной по амплитуде генерации с первой и второй производными вольт-амперной характеристики. Вблизи /пор увеличивается вклад стимулированного излучения, и на пороге генерации мощность шума достигает максимального значения. На рис. 7.7.7 зависимость (йУ/й ) от / сравнивается с относительной мощностью шума. Это сравнение показывает, что начало стабилизации возникает при токе несколько выше порогового, когда произойдет полное насыщение напряжения. [c.260]

Эволюция полупроводниковых лазеров от ранних гомолазе-ро в на основе СаАз к множеству разнообразных гетеролазеров и современному промышленному производству этих приборов потребовала сотрудничества ученых и инженеров, работающих в различных областях физики. Нужно было объединить усилия разных ученых, чтобы установить фундаментальные принципы, на которых основано действие полупроводниковых лазеров, освоить их изготовление и изучить рабочие характеристики. В дальнейшем при распространении исследований на другие материалы и структуры также потребуются широкие знания в областях, находящихся на стыках отдельных дисциплин. Настоящая книга представляет собой учебную монографию, причем большое внимание в ней уделяется именно комплексному характеру проблемы. Следует заметить, что мы включили в рассмотрение только те вопросы, которые достаточно хорошо изучены, чтобы сделать книгу удобной для преподавательской работы. Применения полупроводниковых лазеров не рассматриваются. [c.8]

Более высокое качество записи обеспечивают цифровые лазерные проигрыватели. Б этом случае отношение сигнал-шум превышает 90 дБ, нелинейные искажения менее 0,03%, а амплитудно-частотная характеристика равномерна в диапазоне 20 Гц. ... .. 20 кГц. Запись осуществляется на компакт-диск диаметром 120 мм в течение 60 мин. Записываемый сигнал имеет цифровую форму. Символы 1 отображаются на дорожках диска в виде выступов (питов). Воспроизводящим элементом служит полупроводниковый лазер, луч которого направляется на дорожку записи на поверхности диска, отражается от нее и затем попадает в фотодетектор. Оптическая система отрегулирована так, что луч при. попадании на пит расфокусируется. Напряжение на нагрузке фотодетектора при этом уменьшается, что и служит сигналом о появлении символа 1. [c.247]

Описаны природа и закономерности образования дефектов в эпитаксиальных слоях полупроводников. Обобщены и проанализированы данные о влиянии структурных несовершенств (различие периодов решетки, наличие градиента состава и наследование дефектов из подложки и др.) на морфологические особенности композиций на основе многокомпонентных твердых растворов соединений Рассмотрены. основные механизмы и источники образования дислокаций при эпитаксии. Впервые рассмотрены вопросы стехиометрии при жидко- и газофазной эпитаксии. Особое внимание уделено влиянию электрически активных дефектов на характеристики ин-жекционных лазеров, светодиодов и других полупроводниковых приборов. [c.54]

В данном случае речь идет о создании огромных (10 ...10 атомов), стабильных во времени молекул из обьшных неорганических полупроводниковых материалов, размеры и характер распределения которых в будущей приборной структуре должны воспроизводиться с высокой точностью. Возникающие при этом принципиальные сложности вряд ли нуждаются в дополнительных комментариях. Однако успешное решение такого рода проблем - это прямой путь к созданию новых классов так называемых одноэлектронных и резонансно-туннельных приборов, а также уникальных по своим характеристикам инжекционных лазеров [24, 25]. [c.87]

В данном разделе обсуждение лазеров и их характеристик будет касаться главным образом полупроводникового ДГ-ла-зсра на GaAs, поскольку в настоящее время это наиболее широко применяемый диодный лазер, однако мы приведем также некоторые данные по другим полупроводниковым материалам для лазеров (например, InGaAsP), а также по устройствам на гомопереходе. [c.414]

Рабочие характеристики самого лазера иногда играют важную роль при выборе экспериментальной методики, наиболее удобной для определения параметра. Режимы работы лазеров можно классифицировать следующим образом непрерывный, модулированный или пульсирующий, пичковый, самосинхронизация мод резонатора и модуляция добротности резонатора. Примерами лазеров, работающих в таких режимах, могут служить гелий-неоновый лазер, работающий в непрерывном режиме пульсирующий лазер на полупроводниковом диоде из ар-сенида галлия импульсный рубиновый лазер, работающий в пичковом режиме аргоновый ионный лазер с самосинхронизацией мод резонатора лазеры на неодимовом стекле, в которых применяется модуляция добротности резонатора или режим гигантских импульсов. Очевидно, что точность измерения параметров пучка сильно зависит от режима работы лазера. Например, при работе твердотельного (рубинового) лазера в пичко- [c.34]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...