Лабораторная работа №2

Исследование характеристик полупроводниковых лазеров

Методические указания

по выполнению лабораторной работы

Саранск

2011

Методические указания составлены для выполнения лабораторной работы

“ Полупроводниковые лазеры на гетеропереходах” по разделу “Квантовая и оптическая электроника”.

Методические указания предназначены для студентов 4 курса специальности «Микроэлектроника и твердотельная электроника» очной формы обучения.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

2. Полупроводниковые лазеры на гетеропереходах

3. Полупроводниковый гетеропереход

4. Анизотипный гетеропереход

5. Энергетическая зонная диаграмма анизотипного гетероперехода

6. Квазиуровни Ферми в анизотипных гетеропереходах

7. Излучательная рекомбинация в p-N-гетеропереходе

8. Условие вынужденного излучения в p-N-гетеропереходе, условие БКП

9. Условие для усиления света в активной области

10. Двусторонний гетеропереход

11. Условие возникновения генерации в гетеролазерах.

12. Выполнение работы

12.1 Экспериментальное измерение зависимости коэффициента поляризации лазерного диода от тока накачки I_н

12.2 Исследование степени когерентности лазерного диода

12.3 Измерение ватт-амперной характеристики лазерного диода

13. Задание

1. Введение

Полупроводниковые лазеры на гетеропереходах в настоящее время являются незаменимыми комплектующими в фотонных и оптоэлектронных системах как источники излучения оптического и ближнего инфракрасного диапазонов.

Расширяющийся в последние годы объем производства, и диверсификация в новые области применений полупроводниковых лазеров на гетеропереходах обусловлены их преимуществом, связанным с компактностью и дешевизной по сравнению с другими типами лазерных источников излучения, высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую, надежностью и долговечностью. Современные полупроводниковые лазеры имеют ресурс непрерывной работы более ста тысяч часов.

К основным областям применения относятся:

- волоконно-оптические телекоммуникационные системы, в том числе подводные;

- системы и аппаратура, записи и считывания информации на оптических и

магнитооптических носителях, например, на компакт дисках;

- диодная накачка твердотельных лазеров.

Кроме того, полупроводниковые лазеры успешно применяются:

- в медицине;

- в системах записи изображений;

- в различных оптических датчиках, в штрих кодовых системах сканирования;

- в исследовательских и метрологических целях;

- в беспроводных системах связи, и других областях.

Благодаря охвату широкого спектрального диапазона (от голубого ближнего ИК) эти лазеры применяются и в таких специфических областях, как генная инженерия, молекулярная спектроскопия и др. Применение полупроводниковых лазеров в этих областях существенно увеличивает чувствительность используемых систем и расширяет их возможности.

Одной из наиболее интересных и бурно развивающихся областей прим! нений полупроводниковых лазеров является диодная накачка твердотельных лазеров.

Замена малоэффективных и громоздких систем ламповой накачки твердотельных активных элементов полупроводниковыми диодными лазерами существенно увеличивает эффективность (к.п.д.) и срок службы твердотельных лазеров, при этом они становятся компактными и привлекательными в применении.

Такие существенные преимущества полупроводниковых лазеров на гетеропереходе, как компактность и высокая эффективность преобразования электрической энергии в световую, обусловлены возможностью достижения в них высоких значений оптического усиления благодаря высокой плотности энергетических состояний в зоне проводимости и в валентной зоне, а также возможностью осуществления эффективной накачки неосновных носителей в активную область.