17 Достоинства и недостатки полупроводниковых лазеров

Сравнив полупроводниковые лазеры с другими типами лазеров можно выделить следующие достоинства полупроводниковых лазеров:

1). малые массогабаритные показатели и большое оптическое усиление (к=10³ – 10⁴ см^-1)

2). высокий КПД

3). простота накачки лазера : инжекция не требует высоких питающих напряжений и мощностей.

4). высокое быстродействие

5). возможность генерации излучения заданной длины волны в широком диапазоне, что достигается выбором полупроводника с необходимой шириной ЗЗ

6). технологическая и эксплуатационная совместимость с элементами интегральной оптики.

Но современным полупроводниковым лазерам присущи и недостатки:

1). относительно низкие параметры когерентности излучения(∆λ/λmax и Θр), что объясняется высокой плотностью активного вещества, малой длиной резонатора и малой выходной апертурой.

2). низкая долговечность, равная для промышленных образцов 10²-10³ ч, в то же время теоретические расчеты показывают, что долговечность инжекционных лазеров м.б выше 10⁵ ч.

18 Применение лазерного излучения

В настоящее время лазеры получили широкое применение в науке и технике. Возникла новая область физики – нелинейная оптика, в которой изучается взаимодействие мощного лазерного излучения с различными веществами. За счет высокой при лазерном излучении напряженности электрического поля, превышающей напряженность внутри атомных электрических полей, происходят изменения в электронной оболочке атомов и возникает ряд новых явлений. Некоторые из них кратко перечислены ниже.

Лазерный луч может проникать через вещества, непрозрачные для обычного света. При этом возможно явление самофокусировки. Иногда наблюдается повышение частоты лазерного излучения в 2-3 раза, если оно проходит через некоторые вещества, например ИК излучение становится зеленым, частота которого в 2 раза выше. Такое явление генерацией гармоник (второй, третьей и т.д.). Оно объясняется тем, что при взаимодействии лазерного излучения с атомами вещества возможно объединение двух, трех и более квантов в один. При удвоении частоты КПД достигает 100% Возможно и обратный процесс: деление кванта на два новых, причем сумма энергий и сумма частот полученных двух квантов равна энергии и частоты исходного кванта. Обе новые частоты можно изменять, но сумма их останется постоянной.

Лазерное излучение способно управлять движением атомов. Взаимодействие лазерного излучения с атомами вещества вызывает появление в спектре этого вещества новых линий, по которым можно судить о некоторых, ранее неизвестных свойствах вещества (нелинейная лазерная спектроскопия).

Важная область применения лазерного излучения – связь. Для лазерной связи характера высокая направленность и огромный диапазон частот, позволяющий разместить практически неограниченное число передач различных видов информации. Посредством лазерного луча можно передавать одновременно десятки тысяч телевизионных программ или десятки миллионов телефонных переговоров. Конечно, для наземной связи лазерным лучом создаются помехи в виде различных капельных образований в атмосфере (дождь, туман, снег). Например, в густом тумане связь возможна лишь на сотни метров. Таких препятствий нет в космосе, где возможна связь на огромные расстояния. На земле лазерная связь осуществляется по светофорам. Они представляют собой кабели из специального стекла или прозрачной пластмассы. Эти вещества обладают высокой прозрачностью и вызывают очень малое затухание лазерного луча. Световоды ценны тем, что позволяют экономить цветные металлы, из которых делаются обычные кабели и имеют массу во много раз меньше, чем у металлических кабелей.

Кроме устройств связи ЛИ используются в локаторах, которые имеют более высокую точность, нежели радиолокаторы. Лазерные лучи применяются для точных геодезических измерений, для сварки и резки различных материалов. Возможно пробивание лазерным лучом отверстий. Все эти операции проводятся с высокой точностью. Поэтому лазерная обработка материалов успешно применяется в технологии изготовления микросхем. ЛИ может оказывать существенное влияние на химические реакции.

На использовании ЛИ основана голография – область науки и техники, занимающаяся получением объемных изображений, а также оптической обработкой информации и ее хранением. Ведется разработка системы голографического объемного телевидения. Лазерные методы используются также для высококачественной звукозаписи и видеозаписи.

Исключительно важно применение ЛИ в медицине и биологии. С помощью лазерного луча делаются сложные глазные операции. Излучение мощного лазера используется в хирургии в качестве скальпеля. Здесь важна абсолютная стерильность лазерного луча и его способность прижигать разрезы мелких кровеносных сосудов, чтобы остановить кровотечение.