Оптическое усиление в полупроводнике

Электроны во внешних оболочках атомов, молекул, кристаллических структур или электроны в плазме могут осуществлять неупругое рассеяние электромагнитного излучения на молекулярных колебаниях, на оптических и акустических колебаниях кристаллов или на других возбужденных состояниях твердых тел и плазменных систем. Если коэффициент усиления принимает достаточно большие значения, то всегда присутствующие оптические потери могут быть скомпенсированы, и тогда становится возможным переход от спонтанного к вынужденному рассеянию при этом свойства рассеянного излучения качественно изменяются (ср. ч. I, разд. 4.21). Вынужденное комбинационное рассеяние может быть обнаружено на большом числе частиц, квазичастиц и возбужденных состояний и влечет за собой большое многообразие явлений [3.1-10,3.1-11]. В дальнейших рассуждениях данного раздела будет рассмотрен эффект комбинационного рассеяния на колебаниях молекул, комбинационное рассеяние на длинноволновых оптических фотонах н на фонон-поляритонах, а также комбинационное рассеяние, связанное с процессами переворачивания спинов электронов в полупроводниках. [c.350]

Оптическое усиление может наблюдаться в полупроводнике, если энергетический зазор. между квазиуровнями Ферми для электронов и дырок превышает ширину запрещенной зоны. Для этого требуется инжекция неосновных носителей в сильно легированную область. Эмпирически установлено [c.287]

На рис. 2.5.13,0 и б представлена зависимость Г для основ-ион моды от молярной доли арсенида алюминия х и толщины активного слоя й. Показано быстрое уменьшение Г при < < Яо/ 2, т. е. когда толщина активного слоя становится меньше, чем длина волны излучения в полупроводнике (рис. 2.5.13, а). Участок, соответствующий толщинам активного слоя от 0,01 до 0,1 мкм, представлен па рис 2.5.13,6 в увеличенном масштабе. На рнс. 2.5.14 приведена зависимость коэффициента оптического ограничения от толшины активного слоя для основной моды и мод высшего порядка при л = 0,3. Для мод высшего порядка Г мало вблизи отсечки и при увеличении о приближается к значению коэффициента оптического ограничения для основной моды. В гетеролазере с толщиной активной области й достаточно большой, чтобы существовали моды высшего порядка, коэффициент оптического ограничения и коэффициент отражения иа сколотых гранях определяют доминирующую моду. Коэффициент отражения на сколотых гранях обсуждается в 8 этой главы. Зависимость порогового тока лазера от Г рассматривается в 8 гл. 3, а примеры использования этой зависимости даны в гл. 7. Представление части переносимой модой энергии излучения, распространяющейся в активном слое, через коэффициент оптического ограничения позволяет понять, какое влия-вие оказывает толщина активного слоя на коэффициент усиления, необходимый для достижения порога генерации. Коэффициент Г важен также и для структур, не образующих симмет- [c.70]

Оптические свойства полупроводников до сих пор изучены недостаточно. Это связано, в частности, с быстрым ростом поглощения по мере увеличения частоты возбуждающей радиации. Применение лазеров с перестраиваемой частотой позволило ослабить трудности и решить ряд задач, связанных с выяснением механизма их действия, механизма генерации. Вместе с тем выведено универсальное соотношение, связывающее контур полосы поглощения и контур полосы люминесценции. Оно справедливо для всех собственных полупроводников. Точно такое же соотношение было получено раньше для сложных органических молекул.Процесс образования спектров в обоих случаях совершенно различен, а частотная зависимость от отношения контура полосы поглощения к контуру полосы люминесценции тождественна. С помощью универсального соотношения можно определить величину коэффициента усиления полупроводника, что другими методами невозможно. [c.128]

Вынужденное излучение представляет собой одно из наиболее интересных явлений, которые могут возникать при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Это явление заключается в том, что фотон взаимодействует с электроном и, прежде чем поглотиться, индуцирует излучение идентичного фотона. Лазерный эффект получается при обеспечении обратной связи, т. е. возвращения части этого излучения в лазер. Теория лазера любого типа может быть развита из соотношений Эйнштейна [1] для скоростей переходов при поглощении и при вынужденном и спонтанном излучении. Однако характер вынужденного излучения в полупроводниках отличается от характера вынужденного излучения в газовых лазйрах или в других твердотельных лазерах, что приводит к некоторому отличию в терминологии. В полупроводниках оптические переходы происходят между распределенными совокупностями энергетических уровней в зонах, в то время как в других лазерах переходы происходят обычно между дискретными энергетическими уровнями. Кроме того, в инжекционном лазере электроны тока накачки преобразуются с высокой квантовой эффективностью непосредственно в фотоны В этой главе выводятся выражения, необходимые для вычисления коэффициента усиления в полупроводнике, а затем находятся и обсуждаются соотношения между коэффициентом усиления, потерями и плотностью порогового тока. [c.132]

Разрешающая способность гибридного прибора может быть достаточно высока она определяется типом ПВМС и структурой волоконно-оптической шайбы и для жидкокристаллт1еских ПВ. 1С лежИт в диапазоне 40. .. 60 мм . Весьма ценным достоинством Прибора является большое общее усиление яркости изображений, до 7. .. 8 порядков величины, но для его реализации необхо димо компенсировать существенные потери энергии в результате двойного преобразования света (в люминофоре и в полупроводнике). [c.219]

В дальнейшем фоторефрактивная голографическая запись была получена на целом ряде полупроводников [57—63], наиболее популярным из которых остается GaAs. Сообщалось о записи с использованием диффузионного механизма формирования объемного заряда [57] и с применением постоянного [61] и переменного [60,63] электрических полей. Именно в последнем случае был достигн)т рекордно большой коэффициент усиления Г 7 см [63] и впервые получено усиление (с учетом поглощения) сигнального пучка по сравнению с падающим на кристалл. Этот результат позволяет предсказать появление вырожденных по частоте оптических генераторов на полупроводниках в ближайшем будущем ). [c.55]

Однако более важными являются нетепловые применения лазера на углекислом газе. Среди этих возможных применений — оптическая связь как на Земле, так и в космосе. В этом случае для передачи через земную атмосферу наиболее привлекательны оптические окна , прозрачные для волн с длиной от 9 до 14 микрон. Высокая мощность и эффективность лазеров на углекислом газе с длиной волны 10,6 микрон делает их идеальными кандидатами для таких целей. Лазер на углекислом газе является идеальным для оптических радарных систем снова из-за малых потерь в атмосфере. Другая возможность — использование лазера на углекислом газе для исследования оптических взаимодействий с веществом на длине волны 10,6 микрона, так как многие полупроводники, непрозрачные для видимой части спектра, прозрачны для этой длины волны. Еще одно применение мощного лазера на углекислом газе — использование 10,6-микронного излучения в качестве насоса для изучения нелинейных свойств новых материалов, которые могли бы служить для создания действительно непрерывно настраиваемых источников инфракрасного излучения. В связи с этим мои коллеги и я провели ряд интересных экспериментов, которые включают в себя генерацию вторых гармоник, параметрическое усиление излучения в далекой инфракрасной области, двухфотонпое получение пары электрон — дырка в полупроводниках, изучение нелинейностей в полупроводниках, возникающих благодаря электронам проводимости, и рамановского рассеяния в полупроводниках на электронах с уровня Ландау. Некоторые из этих механизмов оказались достаточно сильны для того, чтобы позволить нам создать настраиваемый лазерный вибратор в инфракрасной части спектра. Такой настраиваемый лазер, накачиваемый лазером на углекислом газе с фиксированной частотой, может использоваться как вибратор в системе оптической связи или в радаре. Более того, такие инфракрасные настраиваемые источники полностью революционизируют инфракрасную спектроскопию. Описание этих экспериментов может быть предметом особой статьи. В заключение достаточно сказать, что лазеры на углекислом газе уже открыли дорогу физическим исследованиям, о которых нельзя было раньше и мечтать, и обещают в будущем много плодотворных экспериментов. [c.73]

В гл. 10 была рассмотрена ситуация в полупроводниковых лазерах, когда создается инверсная населенность и появляется оптическое усиление. Конечно, это необычная ситуация. Обычно, распространяясь по полупроводнику, свет поглощается, что объясняется разно( разны-ми причинами. Однако при длине волны излучения К > где определяется выражением (12.1.1), квантовое взаимодействие, показанное на рис. 12.2, а, преобладает над другими взаимодействиями и приводит к сильному поглощению. Другие механизмы более слабого поглощения также иллюстрируются рис. 12.2. Они могут оказаться преобладающими при к — Хдор. Поглощение приводит к экспоненциальному уменьшению плотности мощности излучения [c.311]

Сравнение экспериментальных и расчетных спектров поглощения демонстрирует необходимость учета образования хвостов зон и зависимости матричного элемента от энергии в теоретической модели, описывающей оптические спектры. Представленная в этой главе теоретическая модель позволяет рассчитать коэффициент усиления как функцию тока накачкн и температуры. Этн вычисления дают представление о поведении усиления в прямозоиных полупроводниках. Удивительно, насколько хо-. рошо такой сложный предмет, как вынужденное излучение в полупроводниках, может быть описан выражениями, выведенными из основных физических законов. Численные оценки по этим выражениям сделаны без привлечения свободных параметров. [c.214]

При изменении температуры пластинки происходит изменение сразу нескольких параметров кристалла, от которых зависят коэффициенты Д и Т. Зависимость, вносяш,ую основной вклад в температурное изменение регистрируемого сигнала, назовем управляюш,ей функцией. Далее будет показано, что среди многих управляющих функций наиболее эффективны ехр(—а/г) и со8 2пкН). Первая из этих функций лежит в основе широко распространенного метода термометрии полупроводников по температурному сдвигу края межзонных оптических переходов [1.40]. При выполнении условия 0,2 аН 2 этот сдвиг обеспечивает высокую температурную чувствительность при регистрации отраженного или проходящего излучения. При аН <С 0,1 и аН > 3 чувствительность мала. На гармонической управляющей функции основан не менее распространенный метод лазерной интерференционной термометрии полупроводников и диэлектриков [1.43]. Здесь чувствительность также имеет максимум при определенной длине волны и падает как в длинноволновой, так и в коротковолновой областях спектра. Обе эти управляющие функции позволяют реализовать усиление изменений при малом относительном изменении температуры в и управляющего параметра а в) или п в) относительное изменение регистрируемой интенсивности света оказывается не малым. Двухступенчатое преобразование изменений температуры в регистрируемый сигнал (в данном случае сигналом является изменение интенсивности света после взаимодействия с пластинкой) характерно для активной оптической термометрии и, по-видимому, не характерно для традиционных методов (это проявляется в том, что отсутствует возможность усиливать или ослаблять коэффициент преобразования К = Д2/Д0 путем выбора условий считывания сигнала). [c.21]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...