12.4 Инжекционные лазеры на основе гетеропереходов

( гетеролазеры)

Алферовым Ж.И. предложены гетеролазеры с высоким КПД. В этих лазерах для создания переходов используются полупроводниковые материалы с различной шириной запрещенной зоны.

Полупроводниковая структура гетеролазеров (рис.12.3) состоит из области GaAs p-типа, и области тройного соединения AlGaAs p-типа. Активной является средняя область, где создается инверсия населенностей. На границе средней и правой областей образуется потенциальный барьер, который ограничивает длину свободного пробега электронов, инжектированных из левой области, и тем самым повышает эффективность образования внутреннего излучения. Кроме того, одновременно уменьшается поглощение света в правой неактивной области, так как из-за различия в коэффициентах поглощения в средней и правой областях (рис. 12.3, б) наблюдается полное внутреннее отражение света на их границе (волноводный эффект).

12.5 Генераторы с двойной гетероструктурой

В нашей стране были также разработаны гетеролазеры с полным внутренним отражением света с обеих сторон от активного слоя, лазеры с двойной структурой, или ДГС – лазеры. В этих лазерах удалось существенно понизить плотность порогового тока и получить большой КПД, что позволило при комнатной температуре осуществить режим непрерывного излучения, который был раньше возможен только при температуре жидкого азота. В ДГС-лазерах на основе GaAs – AlGaAs при комнатной температуре получена плотность порогового тока менее 1 кА/см.²

Особенностями гетеролазеров являются высокий КПД, удобство возбуждения, малые габариты. Преимуществом полупроводниковых лазеров является так же простота модуляции излучения, осуществляемая током накачки.

Недостатки полупроводниковых лазеров – невысокая степень когерентности излучения, плохая температурная и радиоционная устойчивость и пока еще низкая долговечность. В лабораторных условиях получена долговечность 10⁴ ч, однако в промышленных образцах она на один – два порядка ниже.

6. Гетеролазеры с распределенной обратной связью

Крупным достижением лазерной техники последних лет явилось создание гетеролазера с распределенной обратной связью. В таком полупроводниковом лазере торцевые зеркальные поверхности, образующие оптический резонатор, заменены дифракционной решеткой, которая, как известно, на определенных частотах полностью отражает падающее на нее излучение.

Повышение мощности излучения инжекционных лазеров добиваются изготовлением набора (решеток) лазерных диодов. Например, при комнатной температуре получена импульсная мощность от 10 до 1000Вт при частоте следования импульсов до 1кГц и длительности импульсов 70…200нс. При этом число лазерных диодов в решетке колеблется от 10 до 60.

При температуре жидкого азота в решетке из 1000 лазерных диодов получена средняя мощность 30…40Вт.

Вследствие низкой температуры КПД оказывается высоким. Импульсная мощность решетки составила 1.5…2.5кВт для длительности импульсов 2мкс при частоте следования 10кГц.

12.7 Полупроводниковые лазеры с возбуждением

ЭЛЕКТРОННЫМ ЛУЧОМ

Помимо инжекционных лазеров получили распростронение полупроводниковые лазеры с возбуждением электронным лучем (ЛПЭ-лазер). Такой лазер представляет собой электронно-лучевую трубку, в которой электронный пучок с энергией 20кэВ и более бомбардирует охлаждаемую подложку, на которой сформирован полупроводниковый лазер. Такие лазеры применяются в телевидении для создания проекционных кинескопов повышенной яркости, в фотометрии и других областях .

Одной из перспективных областей применения полупроводниковых лазеров является система оптической связи и обработки информации. Для применения в волокно - оптических линиях связи разрабатываются полупроводниковые лазеры специальной конструкции для эффективного согласования лазера с волоконной линией.