Напівпровідникові лазери, що накачуються електронним пучком. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Напівпровідникові лазери, що накачуються електронним пучком.



Лазери з оптичним накачуванням

 

На малюнку 7 показана схема напівпровідникового лазера, що накачується електронним пучком. Електрони, що випускаються електронною гарматою, прискорюються до високих енергій, рухаючись у напрямку до напівпровідника. Діапазон енергій електронів становить 0,015–1 МэВ. Кожний електрон високої енергії, що проникає в напівпровідника, генерує велика кількість электронно-дырочных пара. Наприклад, електрон з енергією 50 кэВ в GaAs генерує в середньому 104 электронно-дырочных пара.

 

Електрони високої енергії не проникають глибоко в напівпровідника. Більшість электронно-дырочных пар, що формують інверсну населеність, виникають на глибині в кілька мікрометрів від поверхні, що бомбардує. Так при потужності електронного пучка Рн =50 кэВ товщина шаруючи d з інверсною населеністю становить близько 4 мкм, при Рн =25 кэВ d»1,5 мкм, а при Рн =100 кэВ d»9 мкм.

носії, Що Утворяться, збираються в країв зони провідності (електрони) і зовнішньої зони (дірки) і рекомбинируют. Грані зразка (найчастіше сколені) служать дзеркалами відкритого лазерного резонатора. Когерентне випромінювання виходить зі зразка в напрямку, перпендикулярному до падаючого пучка електронів.

Лазери, що накопичуються пучком електронів, звичайно працюють в імпульсному режимі, мають велику вихідну потужність (до 106 Вт в імпульсі). Довжина хвилі випромінювання лежить у діапазоні від УФ - області до найближчої ИК - області спектра. Такі лазери менш зручні у використанні, чим лазери на p-n переходах через необхідність використати складні електронні пушки, джерела харчування й вакуумні системи. Однак вони мають ряд переваг які дають можливість віддати їм перевага при рішенні конкретних технічних проблем: дослідження властивостей матеріалів, здійснення режиму сканування оптичного пучка в просторі й т.д.

Для напівпровідникових лазерів також застосовується метод оптичного накачування. Напівпровідник опромінюється інтенсивним світловим випромінюванням з енергією фотонів перевищуючу ширину заборонної зони (малюнок 8).

При оптичного накачування напівпровідника як джерело накачування звичайно використають випромінювання іншого лазера. Так для оптичного накачування лазерів, у яких застосовуються напівпровідники InSb і InAs, використається випромінювання напівпровідникового лазера на GaAs. Застосування джерел із широким спектром випромінювання менш ефективно через сильне поглинання випромінювання широкого спектра напівпровідниковим матеріалом.

 

Напівпровідникові лазери

 

Лазер на основі напівпровідникового кристала. На відміну від лазерів інших типів у напівпровідниковому лазері використаються випромінювальні квантові переходи між дозволеними енергетичними зонами, а не дисперсними рівнями енергії. У напівпровідниковому активному середовищі може досягатися дуже великий показник оптичного посилення (до 104 див-1), завдяки чому розміри активного елемента напівпровідникового лазера винятково мала (довжина резонатора ~ 50 мкм– 1 мм). Крім компактності, особливостями напівпровідникового лазера є мала инерционность (~10-9с), високий КПД (до 104), можливість перебудови й великий вибір речовин для генерації в широкому спектральному діапазоні від l=0,3 мкм до 30 мкм. Активними частками в напівпровідникових лазерах служать надлишкові (нерівновагі) електрони провідності й дірки, тобто вільні носії заряду, які можуть инжектироваться, дифундувати й дрейфувати в активному середовищі. Найважливішим способом накачування в напівпровідникових лазерах є інжекція через p-n перехід або гетеропереход, що дозволяє здійснити безпосереднє перетворення електричної енергії в когерентне випромінювання (инжекционный лазер). Іншими способами накачування служить електричний пробій, бомбардування електронами й висвітлення.

У напівпровідниковому лазері з електронним накачуванням використаються пучки швидких електронів з енергією 104–105 ев (як правило, менше порога утворення радіаційних дефектів у кристалі). Надлишкові носії заряду утворяться в результаті іонізації при вповільненні швидких електронів. Глибина проникнення електронів залежить від енергії й може досягати 10-2 див. Напівпровідниковий лазер цього типу, крім активного елемента, містить джерело високої напруги, електронну гармату й систему фокусування й керування пучком. Достоїнство напівпровідникового лазера з електронним накачуванням - можливість спектрования випромінюючої плями по активному елементі, що дозволяє здійснити відтворення й проектування на великий екран телевізійного зображення. Потужність випромінювання в імпульсі в напівпровідниковому лазері цього типу може досягати 1 Мвт (при накачування великого об'єму кристала або многоэлементной мішені). Напівпровідникові лазери з електронним накачуванням виготовляють у вигляді відпаяної вакуумної трубки з оптичним вікном для висновку лазерного випромінювання.

Робітники Т, ДО l, мкм Гранична Потужність випромінювання
речовина     щільність неприрывная імпульсна
  4-20 0,84 0,1   -
GaAs 77-90 0,85-0,86 0,5 3-4 5-100
    0,88   0,2  
    0,92 1,5 - -
AlxGa1 xAs   0,66 - 0,05 -
    0,77 2-3 0,01 0,1
InAs 4-20 3,2   0,05 0,1
InSb 4,2 5,2 0,5 - -
Pb 4,2 4,3 0,35 0,01 -
Pb1 - xSnxTc   9-11 0,05 0,001 0,01

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 232; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.139.73 (0.019 с.)