- •Принцип действия генераторов лазерного излучения. Вероятности спонтанного и индуцированного излучения. Инверсия населенностей.
- •2. Методы получения инверсий населенностей в различных средах
- •3. История создания мазеров. Получение когерентного излучения (частоты, среды, резонаторы, проблемы, приложения)
- •4. История создания лазеров. Получение когерентного излучения (частоты, среды, резонаторы, проблемы, приложения)
- •5. Роль открытого оптического резонатора в лазерном генераторе. Продольные и поперечные моды.
- •Принцип усиления света. Преодоление закона Ламберта – Бугера – Бэра.
- •7. Лазеры с оптической накачкой. Трехуровневые лазеры. Оптическая накачка лазеров
- •Создание инверсии населённостей
- •8. Мощность генерации излучения лазера. Балансные уравнения.
- •9. Лазеры с модуляцией добротности. Импульсные лазеры.
- •10. Типы лазерных систем. Твердотельные лазеры.
- •Типы лазерных систем. Газовые лазеры.
- •Полупроводниковые лазеры.
- •13. Свойства лазерного излучения
- •14. Дифракционная устойчивость открытых оптических резонаторов. Диаграмма устойчивости.
- •Режимы работы лазерных генераторов. Характерные параметры мощностей и длительностей импульсов в различных импульсных режимах.
- •Диэлектрики
- •Полупроводники
- •Лазерная сварка твердотельным лазером
- •Сварка газовым лазером
- •Преимущества лазерной сварки
- •Недостатки технологии
Полупроводниковые лазеры.
Полупроводниковый лазер, полупроводниковый квантовый генератор,лазер с полупроводниковым кристаллом в качестве рабочего вещества. В П. л., в отличие от лазеров др. типов, используются излучательные квантовые переходы не между изолированными уровнями энергии атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами кристалла (см.Твёрдое тело). В П. л. возбуждаются и излучают (коллективно) атомы, слагающие кристаллическую решётку. Это отличие определяет важную особенность П. л. — малые размеры и компактность (объём кристалла ~10-6—10-2см3). В П. л. удаётся получить показатель оптич. усиления до 104см-1 (см. Усиления оптического показатель), хотя обычно для возбуждения генерации лазера достаточны и меньшие значения (см. ниже). Другими практически важными особенностями П. л. являются: высокая эффективность преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения (до 30—50%); малая инерционность, обусловливающая широкую полосу частот прямой модуляции (более 109 Ггц); простота конструкции; возможность перестройки длины волны l излучения и наличие большого числа полупроводников, непрерывно перекрывающих интервал длин волн от 0,32 до 32мкм.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР.
В создании полупроводникового лазера приоритет принадлежит советским ученым.
Принцип работы полупроводникового лазера может быть объяснен следующим образом. Согласно квантовой теории электроны в полупроводнике могут занимать две широкие энергетические полосы (рис. 8). Нижняя представляет собой валентную зону, а верхняя – зону проводимости. В нормальном чистом полупроводнике при низкой температуре все электроны связаны и занимают энергетический уровень, расположенный в пределах валентной зоны. Если на полупроводник подействовать электрическим током или световыми импульсами, то часть электронов перейдет в зону проводимости. В результате перехода в валентной зоне окажутся свободные места, которые в физике называют «дырками». Эти дырки играют роль положительного заряда. Произойдёт перераспределение электронов между уровнями валентной зоны и зоны проводимости, и можно говорить, в
определенном смысле, о перенаселенности верхней энергетической зоны.
E
Зоны
Проводимости Е-заполнение
Электроны
Е-запрещение
Дырки
Е-незаполнение
Валентная зона
Рис.8. Схема энергетических уровней полупроводникового лазера.
Полупроводниковый лазер — твердотельный лазер, в котором в качестве рабочего вещества используется полупроводник. В таком лазере, в отличие от лазеров других типов (в том числе и других твердотельных), используются излучательные переходы не между изолированными уровнями энергии атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами или подзонами кристалла. В полупроводниковом лазере накачка осуществляется :
непосредственно электрическим током (прямая накачка);
электронным пучком;
электромагнитным излучением.
Под именем полупроводниковых часто встречается гибридный лазер из мощного светодиода накачки и наклеенного на него твердотельного активного элемента. Плюс таких лазеров в том что светодиодную структуру накачки можно сделать довольно протяженной и, соответственно, мощной. Механические деформации от нагрева меньше сказываются на активном элементе. "Полупроводниковые" лазеры с мощностями единицы-десятки ватт делают в основном именно по такой технологии. Визуально отличить гибридный лазер от полупроводникового довольно сложно.
Поскольку в полупроводниковом лазере возбуждаются и излучают коллективно атомы, составляющие кристаллическую решётку, сам лазер может обладать очень малыми размерами.
Другими особенностями полупроводниковых лазеров являются высокий КПД, малая инерционность, простота конструкции.
Типичным представителем полупроводниковых лазеров является лазерный диод — лазер, в котором рабочей областью является полупроводниковый p-n переход. В таком лазере излучение происходит за счет рекомбинации электронов и дырок.