Lazer texnikasi

Yarimo’tkazgichli lazerlar parametrlari.
Ushbu turdagi lazerlarda faol muhit yarimo'tkazgichli kristaldir. Nasosning eng keng tarqalgan usuli - bu kristal orqali oqim o'tkazish.
Yarimo'tkazgichli in'ektsiya lazeri ikki elektrodli qurilma bilanp-n- birlashma (shuning uchun "lazer diod" atamasi tez -tez ishlatiladi), bunda kogerent nurlanishning paydo bo'lishi to'g'ridan -to'g'ri oqim o'tganda zaryad tashuvchilarning in'ektsiyasi bilan bog'liq.
Lazer tebranishlari, agar fotonlar kuchaytirilsa, qo'zg'aladi va hosil bo'ladi faol muhit fotonlarning qisman olinishi, tarqalishi va yutilishi bilan bog'liq optik nurlanish yo'qotilishidan oshib ketadi. Yarimo'tkazgichli lazerning faol muhitida foton ortishi faqat kuchli zaryad in'ektsiyasi bilan sezilarli bo'ladi. Buning uchun etarli darajada katta elektr tokini ta'minlash kerak. 
Faol moddaga ega bo'lgan tizimni generatorga aylantirish uchun ijobiy teskari aloqa yaratish kerak, ya'ni kuchaytirilgan chiqish signalining bir qismi kristalga qaytarilishi kerak. Buning uchun lazer optik rezonatorlardan foydalanadi. Yarimo'tkazgichli lazerda rezonator rolini bo'linish usuli bilan yaratilgan parallel kristalli yuzlar bajaradi.
Bundan tashqari, elektr, elektron va optik cheklovlar berilishi kerak. Elektr cheklovining mohiyati shundaki, strukturadan o'tgan elektr tokining maksimal qismi faol muhitdan o'tadi. Elektron qamoqxona - bu barcha qo'zg'algan elektronlarning faol muhitda to'planishi va ularning passiv hududlarga tarqalishiga qarshi choralar ko'rish. Optik cheklov yorug'lik nurining kristal orqali ko'p marta o'tishi paytida tarqalishini oldini olishi va lazer nurining faol muhitda yopilishini ta'minlashi kerak. Yarimo'tkazgichli lazerlarda, bu nurning yopilish zonasi kristalning qo'shni hududlariga qaraganda bir oz yuqori sinish ko'rsatkichi bilan tavsiflanganligi tufayli erishiladi; natijada, nurning o'z-o'zini fokuslashining to'lqinli uzatuvchi ta'siri paydo bo'ladi. Refraktiv indekslarning bir xil emasligiga kristalli zonalarning doping darajasi va tabiatidagi farq, shu jumladan heterostrukturalardan foydalanish orqali erishiladi.
Yarimo'tkazgichlarda erkin elektronlar va teshiklar qayta birlashganda, energiya ajralib chiqadi, ular kristalli panjaraga berilishi (issiqqa aylanishi) yoki yorug'lik kvantlari (fotonlar) ko'rinishida chiqarilishi mumkin. Yarimo'tkazgichli lazerlar uchun fotonlar emissiyasi (radiatsion rekombinatsiya) asosiy ahamiyatga ega. Kremniy va germaniy yarimo'tkazgichlarda fotonlar emissiyasini keltirib chiqaradigan rekombinatsiya hodisalarining ulushi juda kichik; bunday yarimo'tkazgichlar asosan lazer uchun yaroqsiz.
Rekombinatsiya jarayonlari A 3 V 5 tipidagi (shuningdek, A 2 V 6 va A 4 V 6) ikkilik (ikki tomonlama) yarimo'tkazgichlarda turlicha kechadi, bu erda ma'lum texnik jihatdan mukammal sharoitda radiatsion rekombinatsiya fraktsiyasi 100%ga yaqinlashadi. Bunday yarimo'tkazgichlar to'g'ridan -to'g'ri bo'shliqdir; hayajonlangan elektronlar taqiqlangan zonadan o'tadi, energiyani yo'qotadi va fotonlarni to'g'ridan -to'g'ri chiqaradi, harakat tezligi va yo'nalishini o'zgartirmasdan, qo'shimcha ogohlantiruvchi shartlar va vositalarsiz (oraliq energiya darajalari va issiqlik effektlari). To'g'ridan -to'g'ri radiatsion o'tish ehtimoli eng yuqori bo'lib chiqadi.
A 3 V 5 tipidagi ikkilik birikmalar orasida GaAs galyum arsenidi kristallari lazer materiallari sifatida ustunlik qiladi. Yarimo'tkazgichli lazerlarning fizik -texnik imkoniyatlarining kengayishi gallium arsenidining qattiq eritmalari bilan ta'minlanadi, bunda qo'shimcha elementlarning atomlari (alyuminiy - Al, indiy - In, fosfor - P, antimon - Sb) aralashtiriladi va qattiq o'rnatiladi. asosiy strukturaning umumiy kristall panjarasi. Uchlamchi birikmalar keng tarqalgan: gallium-alyuminiy arsenidi Ga 1-x Al x As, indiy-galyum arsenidi In x Ga 1-x As, gallium arsenidi-fosfidi GaAs 1-x P x, gallium arsenidi-antimonid GaAs x Sb 1- x va to'rtburchaklar ulanishlar: Ga x In 1 - x As y P 1 - y, Al x Ga 1 - x As y Sb 1 - y. Tarkib ( NS yoki da) qattiq eritmadagi ma'lum bir elementning 0 ichida o'rnatiladi<NS<1, 0<da<1.
A 3 V 5 (InAs, InSb, GaSb), A2B6 (ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, CdS, CdTe, CdSe), guruhli (PbS, PbSe, PbTe) ikkilik birikmalar va samarali eritmalar samarali chiqaruvchi to'g'ridan-to'g'ri bo'shliqli yarimo'tkazgichlardir. Zn 1 –X Cd x S, CdS 1 - x Se x, PbS 1 - x Se x, Pb x Sn 1 - x Te).
Yarimo'tkazgichli lazerning emissiya to'lqin uzunligi tarmoqli bo'shlig'i bilan chambarchas bog'liq, bu esa o'z navbatida ma'lum bir yarimo'tkazgichli birikmaning fizik xususiyatlari bilan aniq belgilanadi. Lazer materialining tarkibini o'zgartirib, diapazon bo'shlig'ini va natijada lazer nurlanishining to'lqin uzunligini o'zgartirish mumkin.
Injection lazer quyidagi afzalliklarga ega:
subminyatura: rezonatorning nazariy minimal uzunligi 10 mkm ga yaqin va uning kesma maydoni 1 mkm 2 ga yaqin;
nasos energiyasini radiatsiyaga aylantirishning yuqori samaradorligi, eng yaxshi namunalarda nazariy chegaraga yaqinlashishi; buning sababi shundaki, faqat in'ektsion nasos yordamida keraksiz yo'qotishlarni istisno qilish mumkin: elektr tokining barcha energiyasi qo'zg'algan elektronlar energiyasiga aylanadi;
nazorat qilish qulayligi - past kuchlanish va qo'zg'aluvchan toklar, integral mikrosxemalarga mos; tashqi modulyatorlardan foydalanmasdan radiatsiya quvvatini o'zgartirish imkoniyati; uzluksiz va pulsli rejimda ishlash, shu bilan birga juda yuqori o'tish tezligini ta'minlaydi (pikosaniyali diapazonda).
Yarimo'tkazgichli lazerlarni boshqarish (lazer diodlari) sxemalar yordamida ta'minlanadi va shuning uchun nisbatan sodda bo'lib chiqadi. Radiatsiya kuchi P. tashqariga yarimo'tkazgichli lazer (3 -rasm) in'ektsiya oqimiga bog'liq Ild(qo'zg'alish oqimi) lazer diodining faol zonasida (LD). Past oqim darajasida Ild Yarimo'tkazgichli lazer LED vazifasini bajaradi va past quvvatli optik nurlanishni ishlab chiqaradi. Eshikning joriy darajasiga yetganda Ild lazer bo'shlig'ida optik tebranishlar hosil bo'ladi va ular bir -biriga mos keladi; nurlanish kuchi keskin oshadi Rizle. Biroq, ishlab chiqarilgan quvvat Rizle va bu rejimda hozirgi darajaga mutanosib Ild. Shunday qilib, yarimo'tkazgichli lazerning nurlanish kuchini o'zgartirish (almashtirish, modulyatsiya qilish) imkoniyatlari to'g'ridan -to'g'ri in'ektsiya oqimining maqsadli o'zgarishi bilan bog'liq. ld.
Lazerli diodning impulsli harakat rejimida uning ish nuqtasi M (3 -rasm) a) vatt-amper xarakteristikasining tekis qismiga o'rnatiladi Rizle = (Ild) lazerning oldingi chegarasida. Oqimning keskin oshishi Ild ish nuqtasini xarakteristikaning tik qismiga o'tkazadi (masalan, pozitsiyaga) N.), bu lazer tebranish kuchining qo'zg'alishi va kuchli o'sishini kafolatlaydi. Hozirgi pasayish Ild va lazerning ish nuqtasini asl holatiga o'tkazish M lazer tebranishlarining buzilishini va lazer nurlanishining chiqish kuchining keskin pasayishini ta'minlaydi.
Lazer tebranishlarini modulyatsiyalashning analog rejimida ish nuqtasi Q vatt-amper xarakteristikasining tik qismiga o'rnatiladi (3-rasm b). Oqimdagi o'zgarish Ild tashqi axborot signalining ta'siri ostida yarimo'tkazgichli lazerning chiqish quvvati mutanosib o'zgarishiga olib keladi.