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

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

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 0,9 1,3 1,55 Дл. Волны (мкм) 1,5 0,6 0,2 Потери Оптическое волокно на (Дб/км) основе кварца с добавкой GeO2

световые пятна от лучей лазеров и трехмерная диаграмма распределения интенсивности излучения по сечению луча. Газовый лазер Полупроводнико вый лазер

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

Поглощение Спонтанное излучение Стимулированное излучение Е2 Е1 Е2 Е1 Е2 hν

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. Nv Nc

Закон Бугера: I=I 0 е (g-a )х g~ ΔN*Г*h вн повысить инверсию населенностей уровней ΔNΔN повысить внутреннюю эффективность генерации h вн увеличить вероятность стимулированных переходов электронов Г a =a п +a З в уменьшить коэффициент поглощения a п уменьшить коэффициент потерь устройств обратной связи, т.е. зеркал a З потери на вывод излучения a в

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.

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. необработ. поверхн. контакт I ток опт. ровные и параллельные грани n-тип активная область p-тип Когерентное излучение

Для гомоструктур пороговая плотность тока быстро увеличивается с ростом температуры. При комнатной температуре она составляет 5*10 4 A/см2. Здесь приведена зависимость J th от рабочей температуры для трех лазерных структур. Самая слабая зависимость наблюдается для лазеров на двойных гетероструктурах. J th в ДГ-лазерах при 300К может достигать значений порядка 10 3 А/см2 и менее Т, К 5* Пороговая плотность тока, А/см 2 Гомоструктура Структура с одним гетеропереходом (d=5мкм) Двойная гетероструктура (d=0,5мкм)

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. металл p+GaAs pAlGaAs n- GaAs(акт.обл.) n-AlGaAs подложка n+GaAs Ток лазерного диода, А Мощность GaAs-Al x Ga 1-x As излучения, мВт 2, С 45 0 С С

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 Коэффициент усиления g, 1/см GaAs Номинальная плотность тока, А/см2*мкм

Инжекционный гомолазер представляет собой полупроводниковый диод, зеркальные боковые грани, которого образуют оптический резонатор. 1 – зеркальная грань 2 – полосковый контакт 3 – излучающее пятно на зеркале. p n p акт. обл. n Efn Eg Eg Efn ΔE

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 Ga 0,7 As(n) Активная область GaAs (n) Al 0,3 Ga 0,7 As(p) GaAs (p) Окисел Металлизированный слой Припой Медный теплоотвод

Оптоэлектроника Системы записи и считывания информации. Считывающие головки в компакт-дисковых системах, оптические диски для ПЗУ и ОЗУ. Волоконно-оптическая связь (GaAs). В будущем, будет использован лазер на четверном сплаве InGaAsP с большим сроком службы (около 5×10 5 часов). Ультраширокополосный полупроводниковый лазер (Bell Labs). Оптические коммуникации. Чувствительные химические детекторы. Анализаторы дыхания и загрязнения атмосферы. Каскадные лазеры. В физико-техническом института им.А.Ф.Иоффе получены лазеры с рекордными мощностными характеристиками. Достигнута выходная плотность мощности 40 МВт/см 2. Предыдущий рекорд для всех типов лазерных диодов - 19 МВт/см 2. КПД - 66 %. И другое