Основные параметры полупроводниковых лазеров

Рис.4 Зависимость мощности излучения полупроводникового лазера от тока через p-n переходы при различной температуре


Рис.5. Энергетическая схема двойной гетероструктуры,осьYиномера слоёв соответствуют рис 3. Е_gc-ширина запрещённой зоны;
Е_gv- ширина запрещённой зоны p-n-перехода.

Основой инжекционного полупроводникового лазера является полупроводниковый кристалл (рис. 5), две плоскопараллельные грани которого, перпендикулярные плоскости р-п-перехода, являются зеркалами оптического резонатора. Генерация излучения возникает

в том случае, если оптическое усиление превосходит потери энергии, связанные с выводом излучения наружу, поглощением и рассеянием внутри резонатора. Ток, соответствующий началу генерации, называется пороговым.

Рис.6 Принципиальная схема лазера наp-nпереходе. 1-областьp-n перехода (активный слой); 2-сечение лазерного пучка в плоскости ХY.
Полупроводниковый кристалл-резонатор с оптической системой, формирующей лазерный пучок, конструктивно оформленные в виде единого элемента, в настоящее время принято называть лазерным модулем. Готовый к работе полупроводниковый лазер представляет собой лазерный модуль с источником питания. 
В данной лабораторной работе исследуется зависимость интенсивности выходного излучения полупроводникового лазераи светодиода, а также вольт-амперную характеристику.[2]
2.Основные параметры полупроводниковых лазеров
Полупроводниковые лазеры в настоящее время являются наиболее эффективными источниками накачки для твердотельных лазеров, особенно для Nd:YAG, Nd:YLF и других Nd-лазеров.
Основные преимущества накачки с помощью полупроводниковых лазеров:
а) Высокая эффективность. Большая эффективность накачки по сравнению с ламповой объясняется хорошим согласованием излучаемого спектра определённого полупроводникового лазера и спектра поглощения Nd в области 808 нм (Рис.2.7). Обычно импульсные лампы имеют более высокую эффективность излучения относительно приложенного напряжения (70%), по сравнению с полупроводниковыми лазерами (25-50%). Однако, только малая часть спектра излучения импульсных ламп попадает в спектра поглощения Nd.

Рис. 7. Спектр поглощения Nd:YAG-лазера
б) Большое время жизни. Время жизни лазерной полупроводниковой линейки, работающей в непрерывном режиме ~ 10⁴ часов или 10⁹ импульсов, при работе в импульсном режиме. В то время как, время жизни импульсных ламп в непрерывном режиме ~ 500 часов или 10⁸ импульсов.[3]
в) Хорошее качество выходного пучка Nd-лазера. Хорошее согласование спектра излучения полупроводникового лазера со спектром поглощения Nd-лазера уменьшает нагревание активного элемента и, соответственно, уменьшает термооптические эффекты, которые ухудшают качество выходного пучка.
г) Высокая частота генерации импульсов. Полупроводниковая лазерная накачка легко обеспечивает генерацию Nd-лазеров на частотах от сотен Гц до нескольких кГц.
д) Малое влияние на другие элементы лазерной системы. Отсутствие высокого напряжения, высокой температуры и УФ излучения, присущих, импульсным лампам и приводящим к деградации многих элементов лазерной системы, особенно активных элементов, делает полупроводниковые лазеры более перспективными по сравнению с импульсными лампами.
е) Малогабаритность. Малые размеры полупроводниковых лазеров и малые размеры области излучения позволили создать новые классы малогабаритных твёрдотельных лазеров: лазеры с торцевой накачкой, микрочипные лазеры и волоконные лазеры. На рисунке 2.8. изображена фотография и схема устройства малогабаритной лазерной указки (цилиндр диаметром 10 мм и длиной 120 мм), представляющей собой современный высокий уровень развития лазерной техники. Указка состоит из лазера на YAG с внутрирезонаторной генерацией второй гармоники ( = 530 нм) и накачкой полупроводниковым лазером.

Рис.8. “Зелёная” лазерная указка: а – общий вид, б – блок-схема