главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
   
Главная / Лазеры / Различные типы лазеров / Полупроводниковые лазеры
 
 
Оптика
Волоконная оптика
Спектроскопия
Лазеры /
  История создания лазеров
  Принципы работы лазера
  Параметры лазерного излучения
  Различные типы лазеров
  Твердотельные лазеры
  Волоконные лазеры
  Сравнение волоконных лазеров и твердотельных лазеров на объемных кристаллах
  Рамановские лазеры
  Полупроводниковые лазеры
  Газовые лазеры
  Лазеры на красителях
  Необычные лазеры
  Парусные лазеры
  Лазерная безопасность
  Юмор
  Ведущие фирмы-производители лазеров. Поставщики лазерного оборудования
  Лазерика
Лазерные системы
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

Полупроводниковые лазеры

Перевод Артема Веселова

Полупроводниковые лазеры (иначе - диодные лазеры)  – это лазеры с усиливающей средой на основе полупроводников, где генерация происходит, как правило,  за счет вынужденного излучения фотонов при межзонных переходах электронов в условиях высокой концентрации носителей в зоне проводимости. Формально, полупроводниковые лазеры также являются твердотельными лазерами, однако их принято выделять в отдельную группу, т.к. они имеют иной принцип работы.

Энергетическая схема переходов в полупроводнике, при которых происходит генерация излученияСхематически процесс возникновения усиления в полупроводниках (для обычных случаев межзонных переходов) показан на рисунке.

Conduction band - зона проводимости, valence band - валентная зона, pumping - накачка, light emission - излучение света.

Без накачки большинство электронов находится в валентной зоне. Пучок накачки с фотонами с энергией немного больше ширины запрещенной зоны возбуждает электроны и переводит их в более высокоэнергетическое состояние в зоне проводимости, откуда они быстро релаксируют в состояние вблизи дна зоны проводимости. В то же время, дырки, генерируемые в валентной зоне, перемещаются в ее верхнюю часть. Электроны из зоны проводимости рекомбинируют с этими дырками, испуская фотоны с энергией, приблизительно равной ширине запрещенной зоны. Этот процесс может также стимулироваться входящими фотонами с подходящей энергией. Количественное описание основывается на  распределении Ферми-Дирака для электронов в обеих зонах.

Большинство полупроводниковых лазеров являются лазерными диодами с накачкой электрическим током, и с контактом между n-легированными и р-легированными полупроводниковыми материалами. Есть также полупроводниковые лазеры с оптической накачкой, где носители генерируются за счет поглощения возбуждающего их света, и квантово каскадные лазеры, где используются внутризонные переходы.

Структура полупроводникового лазера Основными материалами для полупроводниковых лазеров (и для других оптоэлектронных устройств) являются:

  • GaAs (арсенид галлия)
  • AlGaAs (арсенид галлия - алюминия)
  • GaP (фосфид галлия)
  • InGaP (фосфид галлия - индия )
  • GaN (нитрид галлия)
  • InGaAs (арсенид галлия - индия)
  • GaInNAs (арсенид-нитрид галлия индия)
  • InP (фосфид индия)
  • GaInP (фосфид галлия-индия)

 

Перечисленные полупроводники являются прямозонными; полупроводники с непрямой запрещенной зоной, такие как кремний, не обладают сильным и эффективным световым излучением. Так как энергия фотона лазерного диода близка к энергии запрещенной зоны, полупроводниковые композиции с разными энергиями запрещенной зоны позволяют получить излучение с различными длинами волн. Для трех- и четырехкомпонентных проводников энергия запрещенной зоны  может непрерывно существенно изменяться в некотором диапазоне. В AlGaAs = AlxGa1-xAs, например, повышение содержание алюминия (рост х) приводит к уширению запрещенной зоны.
 
Помимо вышеупомянутых неорганических полупроводников, могут также использоваться органические полупроводниковые соединения для полупроводниковых лазеров. Соответствующая технология еще молодая, но она бурно развивается, так как перспективы дешевого и массового производства таких лазеров весьма привлекательны. До сих пор были продемонстрированы органические полупроводниковые лазеры только с оптической накачкой, так как по разным причинам трудно достичь высокой эффективности за счет электрической накачки.

Типы полупроводниковых лазеров:

Существует большое разнообразие различных полупроводниковых лазеров, охватывающих широкие области параметров и используемые в различных областях применений.

Несмотря на то, что можно создать полупроводниковый лазер с практически любой длиной волны в диапазоне от ближнего УФ до ближнего ИК, существует стандартный набор длин волн, лазеров, оптимизированный для различных применений.

Например, накачки твердотельных лазеров и волоконных лазеров , легированных ионами Nd / Yb / Er / Tm (808nm, 915nm, 938nm, 976nm, 980nm, 1064nm, 1470nm, 1540nm), рамановской спектроскопии и др.
 

Различные типы полупроводниковых лазеров Различные типы полупроводниковых лазеров

Применение полупроводниковых лазеров Применение полупроводниковых лазеров

Электронный блок управления лазерными диодами Электронный блок управления лазерными диодами

 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

 
         
 
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru