Материаловедение и ТКМ


Полупроводниковые лазеры (КПД > 90%)


В последние годы интенсивно разви­ваются работы по созданию полупроводниковых источников когерент­ного излучения — полупроводниковых лазеров, которые открывают возможность непосредственного преобразования энергии электриче­ского тока в энергию когерентного излучения.

 


На рис. а сплошной линией показана кривая распределения электронов, отвечающая равновесному состоянию, пунктиром — неравновесному состоянию, при котором концентрация электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне выше равновесной. За­полнение зон электронами, соответствующее такому инверсионному состоянию, показано на рис. б. Особенность его заключена в том, что кванты света с энергией, равной ширине запрещенной зо­ны, поглощаться системой не могут. Поглощение та­кого кванта должно сопровождаться переводом электрона с верхнего уровня валентной зоны на нижний уровень зоны проводимости. Так как на верхнем уровне валентной зоны электронов практически нет, а на нижнем уровне зоны проводимости нет свободных мест, то вероят­ность подобного процесса весьма низка. Это создает благоприятные условия для протекания стимулированного излучения и нарастания фотонной лавины. Квант света стимулирует рекомби­нацию электрона и дырки (n-переход), сопровождающуюся рождением точно такого же кванта. Так как эти кванты практически не погло­щаются системой, то в дальнейшем они оба участвуют в возбуждении стимулированного излучения, порождая два новых кванта, и т. д. Для того чтобы заставить один и тот же фотон участвовать в возбуждении стимулированного излучения многократно, на противоположных стен­ках рабочего тела лазера помещают строго параллельные одно другому зеркала (рис. в), которые отражают падающие на них фото­ны и возвращают   их   в рабочий   объем лазера. Усилению подвергаются только те  фотоны,   ко­торые движутся практически строго вдоль  оси,  так   как   только эти фотоны испытывают многократные отражения   от зеркал. Все другие фотоны выбывают    из   рабочего объема либо сразу, либо после незначительного числа отражений.   В результате    возникает    остронаправленное излучение вдоль оси,   характеризующееся вы­сокой степенью монохроматичности.

Полупроводниковые лазеры обладают высоким к. п. д., который приближается к 100%. Другим  замечательным  свойством   полупроводниковых   лазеров является  возможность  прямой  модуляции   когерентного  излучения изменением тока, текущего через p-n-переход.   Это позволяет при­менять полупроводниковые лазеры для целей связи и телевидения.

 




Начало  Назад  Вперед