Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
1 слайд
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЛАЗЕРЫ
Выполнил: Басалаев Р.С. гр. 21301
2 слайд
Существующие лазеры не перекрывают указанные диапазоны непрерывно, кроме лазеров на красителях и центрах окраски.
Меняться может мощность, длительности лазерных импульсов, габариты и т.д.
Виды лазеров и диапазон их работы
3 слайд
схема двух и однолампового отражателя
1 - активный элемент;
2 -лампа накачки;
3 – отражатель
2 1 3
а
б
Схема оптической накачки
4 слайд
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
Свойства полупроводниковых лазеров
5 слайд
световые пятна от лучей лазеров и трехмерная диаграмма распределения интенсивности излучения по сечению луча.
Газовый лазер
Полупроводниковый лазер
Газовый и полупроводниковый лазеры
6 слайд
Газовый лазер
Полупроводниковый лазер
Дифракционная картина и распределение интенсивности излучения в дифракционной картине на решетке
Газовый и полупроводниковый лазеры
7 слайд
Поглощение
Спонтанное излучение
Стимулированное излучение
Е2
Е1
Е2
Е1
Е1
Е2
hν
hν
hν
hν
hν
Вынужденное излучение
8 слайд
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
Переходы в полупроводнике
9 слайд
Закон Бугера: I=I0е (g-a )х
g~ ΔN*Г*h вн
повысить инверсию населенностей уровней ΔN
повысить внутреннюю эффективность генерации h вн
увеличить вероятность стимулированных переходов электронов Г
a =a п +a З +a в
уменьшить коэффициент поглощения a п
уменьшить коэффициент потерь устройств обратной связи, т.е. зеркал a З
потери на вывод излучения a в
Усиление излучения
10 слайд
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.
Лазер на p-n-переходе из арсенида галлия
11 слайд
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
Резонатор Фабри-Перо
12 слайд
Для гомоструктур пороговая плотность тока быстро увеличивается с ростом температуры. При комнатной температуре она составляет 5*104 A/см2.
Здесь приведена зависимость Jth от рабочей температуры для трех лазерных структур. Самая слабая зависимость наблюдается для лазеров на двойных гетероструктурах. Jth в ДГ-лазерах при 300К может достигать значений порядка 103 А/см2 и менее.
100 200 300 Т, К
5*104
104
103
102
Пороговая плотность тока, А/см2
Гомоструктура
Структура с одним
гетеропереходом
(d=5мкм)
Двойная гетероструктура
(d=0,5мкм)
Пороговая плотность тока
13 слайд
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
100 200 300
Мощность GaAs-AlxGa1-xAs
излучения, мВт
2,5 250С 450С 1150С
Полосковый лазер
14 слайд
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
8300 8100 7800
Коэффициент
усиления g, 1/см
GaAs
Номинальная плотность
тока, А/см2*мкм
Спектр и коэффициент усиления
15 слайд
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
Лазер на гомопереходе
16 слайд
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 Ga0,7 As(n)
Активная область GaAs (n)
Al 0,3 Ga0,7 As(p)
GaAs (p)
Окисел
Металлизированный слой
Припой
Медный теплоотвод
Лазер на гетеропереходе
17 слайд
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 5×105 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/см2. Предыдущий рекорд для всех типов лазерных диодов - 19 МВт/см2. КПД - 66 %.
И другое
Применение полупроводниковых лазеров
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
6 661 912 материалов в базе
Настоящий материал опубликован пользователем Жукова Ирина Александровна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материал
Ваша скидка на курсы
40%
Курс профессиональной переподготовки
300/600 ч.
Курс повышения квалификации
72/180 ч.
Курс профессиональной переподготовки
300/600 ч.
Мини-курс
3 ч.
Мини-курс
6 ч.
Мини-курс
3 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.