Lazer yuqori direktiv nurli nurli monoxromatik kogerent yorug'lik manbai hisoblanadi

3.23-rasm - Yarimo'tkazgichli lazerning konstruktsiyasi
Lazerli diodadagi faol muhitning pompalanishi tashqi elektr toki bilan ta'minlanadi tuman- oldinga yo'nalishda o'tish. Shu bilan birga, orqali tuman- birlashma muhim oqim oqadi Ild va yarimo'tkazgich lazerining faol muhitiga hayajonlangan zaryad tashuvchilarning intensiv in'ektsiyasiga erishiladi. AOK qilingan elektronlar va teshiklarning rekombinatsiyasi jarayonida yorug'lik kvantlari (fotonlar) chiqariladi.
Lazer tebranishlari faol muhitda fotonlarning kuchayishi fotonlarning qisman ekstraktsiyasi, tarqalishi va yutilishi bilan bog'liq optik nurlanish yo'qotishlaridan oshsa, qo'zg'atiladi va hosil bo'ladi. Yarimo'tkazgichli lazerning faol muhitida fotonni kuchaytirish koeffitsienti faqat kuchli zaryad in'ektsiyasi uchun muhim bo'lib chiqadi. Buning uchun etarlicha katta elektr tokini ta'minlash kerak. Ild.
Faol moddaga ega tizimni generatorga aylantirish uchun ijobiy qayta aloqa yaratish kerak, ya'ni kuchaytirilgan chiqish signalining bir qismi kristallga qaytarilishi kerak. Buning uchun lazerlarda optik rezonatorlar qo'llaniladi. Yarimo'tkazgichli lazerda rezonatorning rolini parchalanish usuli bilan yaratilgan parallel kristall yuzlar bajaradi.
Bundan tashqari, elektr, elektron va optik cheklovlarni ta'minlash kerak. Elektr cheklanishining mohiyati shundan iboratki, strukturadan o'tgan elektr tokining maksimal ulushi faol muhitdan o'tadi. Elektron qamoq - bu faol muhitda barcha qo'zg'atilgan elektronlarning kontsentratsiyasi va ularning passiv hududlarga tarqalishiga qarshi choralar ko'rish. Optik chegara yorug'lik nurining kristall orqali ko'p marta o'tishida tarqalishini oldini olishi va lazer nurining faol muhitda saqlanishini ta'minlashi kerak. Yarimo'tkazgichli lazerlarda bunga nurni cheklash zonasi qo'shni kristall mintaqalarga qaraganda bir oz yuqori sinishi indeksi bilan tavsiflanganligi sababli erishiladi, bu esa nurning o'z-o'zidan fokuslanishining to'lqin uzatuvchi effektiga olib keladi. Sinishi ko'rsatkichlarining o'xshashligi kristal zonalarining tabiati va darajasidagi farq, shu jumladan heterostrukturalardan foydalanish orqali erishiladi.
Yarimo'tkazgichlarda erkin elektronlar va teshiklarning rekombinatsiyasi jarayonida energiya ajralib chiqadi, u kristall panjaraga berilishi (issiqlikka aylanishi) yoki yorug'lik kvantlari (fotonlar) shaklida chiqarilishi mumkin. Yarimo'tkazgichli lazerlar uchun fotonlarning emissiyasi (radiatsion rekombinatsiya) fundamental ahamiyatga ega. Kremniy va germaniy yarimo'tkazgichlarda fotonlarning emissiyasini keltirib chiqaradigan rekombinatsiya hodisalarining ulushi juda kichik; bunday yarimo'tkazgichlar asosan lazerlar uchun mos emas.
Aks holda, rekombinatsiya jarayonlari A 3 B 5 tipidagi (shuningdek, A 2 B 6 va A 4 B 6) ikkilik (er-xotin) yarimo'tkazgichlarda davom etadi, bunda ma'lum, texnik jihatdan mukammal sharoitlarda radiatsiyaviy rekombinatsiya ulushi 100% ga yaqinlashadi. . Bunday yarimo'tkazgichlar to'g'ridan-to'g'ri bo'shliqdir; qo'zg'aluvchi elektronlar tarmoqli bo'shliqdan energiyani yo'qotib, to'g'ridan-to'g'ri fotonlarni chiqaradi, harakatning momentumini va yo'nalishini o'zgartirmasdan, qo'shimcha ogohlantiruvchi shartlar va vositalarsiz (oraliq energiya darajalari va issiqlik effektlari) o'tadi. To'g'ridan-to'g'ri radiatsiyaviy o'tish ehtimoli eng yuqori bo'lib chiqadi.
A 3 B 5 tipidagi ikkilik birikmalar orasida lazer materiallari sifatida galyum arsenid GaAs kristallari ustunlik qiladi. Yarimo'tkazgichli lazerlarning fizik va texnik imkoniyatlarini kengaytirish galliy arsenidning qattiq eritmalari bilan ta'minlanadi, ularda qo'shimcha elementlarning atomlari (alyuminiy - Al, indiy - In, fosfor - P, surma - Sb) aralashtiriladi va qattiq ravishda mustahkamlanadi. asosiy strukturaning umumiy kristall panjarasi. Uchlamchi birikmalar keng tarqalgan: galiy-alyuminiy arsenid Ga 1–x Al x As, indiy-galiy arsenid In x Ga 1–x As, galiy arsenid–fosfid GaAs 1–x P x, galiy arsenid–antimonid GaAs x Sb1– x va to'rtlamchi birikmalar: Ga x In 1–x As y P 1–y, Al x Ga 1–x As y Sb1-y. Tarkib ( X yoki da) qattiq eritmadagi ma'lum bir element 0 ichida o'rnatiladi<X<1, 0<da<1.
To'g'ridan-to'g'ri bo'shliqli yarimo'tkazgichlar A 3 B 5 (InAs, InSb, GaSb), A2B6 (ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, CdS, CdTe, CdSe), bir guruh (PbS, PbSe, PbTe) va qattiq eritmalar qo'sh birikmalardir. (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 radiatsiya to'lqin uzunligi tarmoqli bo'shlig'iga nisbatan qat'iy bog'liq bo'lib, u o'z navbatida ma'lum bir yarim o'tkazgich birikmasining fizik xususiyatlari bilan aniq belgilanadi. Lazer materialining tarkibini o'zgartirish orqali tarmoqli bo'shlig'ini va natijada lazer nurlanishining to'lqin uzunligini o'zgartirish mumkin.
Inyeksion lazerlar quyidagi afzalliklarga ega:
subminiatyura: rezonatorning nazariy minimal uzunligi 10 mkm ga yaqin, kesma maydoni esa 1 mkm 2 ga yaqin;
nasos energiyasini radiatsiyaga aylantirishning yuqori samaradorligi, eng yaxshi namunalar uchun nazariy chegaraga yaqinlashadi; Buning sababi shundaki, faqat in'ektsiya nasosi bilan kiruvchi yo'qotishlarni bartaraf etish mumkin: elektr tokining butun energiyasi qo'zg'atilgan elektronlarning energiyasiga aylanadi;
nazorat qilish qulayligi - integral mikrosxemalar bilan mos keladigan past kuchlanish va qo'zg'alish oqimlari; tashqi modulyatorlardan foydalanmasdan radiatsiya quvvatini o'zgartirish imkoniyati; ham uzluksiz, ham impulsli rejimda ishlash, shu bilan birga juda yuqori kommutatsiya tezligini ta'minlaydi (pikosoniya oralig'ida).
Yarimo'tkazgichli lazerlarni (lazer diodlarini) boshqarish sxemalar tomonidan ta'minlanadi va shuning uchun nisbatan oddiy bo'lib chiqadi. Radiatsiya kuchi P izl yarimo'tkazgichli lazer (3.24-rasm) in'ektsiya oqimiga bog'liq Ild(qo'zg'alish oqimi) lazer diyotining (LD) faol zonasida. Past oqim darajalarida Ild yarimo'tkazgichli lazer LED kabi ishlaydi va kam quvvatli incogerent optik nurlanish hosil qiladi. Eshik oqimi darajasiga erishilganda Ild lazer bo'shlig'idagi optik tebranishlar hosil bo'ladi va kogerent bo'ladi; radiatsiya quvvati keskin ortadi Rizl. Biroq, ishlab chiqarilgan quvvat Rizl va bu rejimda joriy darajaga mutanosib Ild. Shunday qilib, yarimo'tkazgichli lazerning nurlanish kuchini o'zgartirish (o'zgartirish, modulyatsiya qilish) imkoniyati to'g'ridan-to'g'ri in'ektsiya oqimi I ning maqsadli o'zgarishi bilan bog'liq. ld.
Lazerli diyotning impulsli ish rejimida uning ish nuqtasi M (3.24-rasm) lekin) vatt-amper xarakteristikasining tekis kesimida o'rnatiladi Rizl = (Ild) lazerning pastki chegara hududida. Oqimning keskin ortishi Ild ish nuqtasini xarakteristikaning tik qismiga (masalan, pozitsiyasiga) o'tkazadi N), bu lazer tebranishlari kuchining qo'zg'alishini va intensiv o'sishini kafolatlaydi. Hozirgi parchalanish Ild va lazerning ish nuqtasini dastlabki holatiga o'tkazish M lazer tebranishlarining buzilishini va lazer nurlanishining chiqish quvvatining keskin pasayishini ta'minlash.
Lazerli tebranishlarning analog modulyatsiyasi rejimida ish nuqtasi Q vatt-amper xarakteristikasining tik qismiga o'rnatiladi (3.24-rasm b). Hozirgi o'zgarish Ild tashqi axborot signali ta'sirida yarimo'tkazgich lazerining chiqish quvvatining mutanosib o'zgarishiga olib keladi.