Основные характеристики и параметры лазеров.

Пороговая плотность тока существенно зависит от температуры инжекционного лазера; Для лазеров на основе арсенида галлия пороговая плотность тока порядка 10² А/см² при температуре 4,2 К и порядка 10⁴ А/см² при 77 К. Таким образом, для уменьшения пороговой плотности тока необхо-димо глубокое охлаждение инжекционного лазера. Инжекционные лазеры с использованием гетеропереходов, имеющие значительно меньшие пороговые плотности токов, могут работать при комнатной температуре в непрерывном режиме.

Спектральная характеристика лазера, как и любого другого источника света, представляет собой зависимость интенсивности излучения (чаще в относительных единицах) от длины волны (рис. 10.7.1). При малых токах (меньше порогового) излучение, возникающее в основном из-за само-произвольной рекомбинации, является некогерентным. Поэтому спектраль-ная характеристика получается широкой, т.е. лазер работает как светодиод. При больших токах (больше порогового) интенсивность излучения значи-тельно больше, так как излучение получается когерентным и строго направ-ленным.

Диаграмма направленности излучения лазера характеризует пространственное распределение интенсивности излучения. Излучение полупроводниковых лазеров обладает достаточно малым (как правило не превышающим несколько градусов) углом расходимости светового пучка. Но по этому парамеру полупроводниковые лазеры значительно уступают газовым и твердотельным диэлектрическим лазерам, что связано с малыми размерами кристалла полупроводника и особенно с малыми размерами активной области, где происходит вынужденная рекомбинация.

Коэффициент полезного действия полупроводникового инжекционного лазера на основе арсенида галлия достигает 70%, в то время как величина внутреннего квантового выхода, возможно, достигает 100%,т.е. каждый инжектированный электрон при рекомбинации с дыркой создает фотон. По КПД полупроводниковые инжекционные лазеры превосходят газовые и твердотельные диэлектрические лазеры, у которых он равен соответственно тысячным и сотым долям процента.

Яркостная характеристика лазера, т.е. зависимость интенсив-ности излучения от проходящего через лазер тока (рис. 10.7.2) представляет собой почти линейные зависимости в диапазоне токов, соответствующих преобладанию самопроизвольной рекомбинации (режим работы светодиода) и преобладанию вынужденной рекомбинации (режим работы лазера).

Вопросы для повторения:

1. Что называется эффектом фотопроводимости в полупроводниках?

2. Какой механизм поглощения света в полупроводнике называется фотоактивным?

3. Что такое фоторезистивный эффект? В чем его сущность?

4. Расскажите о механизме возникновения ЭДС в полупроводнике при его освещении.

5. Расскажите про фотоэффект в p-n переходе.

6. Какое излучение мы называем люминесценцией?

7. Как протекает процесс возникновения индуцированного излучения? Чем такое излучение отличается от спонтанного?

8. Что такое лазер?

9. Как возникает инверсия населенностей?

10. Приведите классификацию лазеров. Приведите примеры.

11. Расскажите о конструкции и принципе действия инжекционного полупро-водникового лазера.

 

Резюме:

В процессе изучения данной темы мы ознакомились с оптическими и фотоэлектрическими явлениями в полупроводниках и их отдельными практическими применениями, более подробно остановились на конструкции полупроводникового инжекционного лазера.