6.Специфические особенности лазерного излучения. Методы управления параметрами лазерного излучения.

Лазерный пучок, получаемый при вынужденном излучении в результате многократного отражения света между зеркалами лазерного резонатора, обладает специфическими свойствами, обусловленными тем, что характеристики всех генерируемых фотонов совпадают с характеристиками каждого из инициирующих фотонов.

Лазерный пучок обладает следующими тремя свойствами:

- когерентностью – все волны лазерного пучка имеют одинаковую фазу;

- коллимированностью (направленностью) – очень малым расхождением лучей лазерного пучка даже на больших дистанциях, т.е. почти параллельные лучи;

- монохроматичностью – все волны имеют одинаковую длину и частоту (экстремально узкая спектральная полоса излучения). В медицинских системах и в большинстве клинических методах спектральная ширина полосы выходного пучка столь мала, что ею можно пренебречь, в связи с чем такие лазеры можно считать работающими на одной единственной длине волны, т.е. монохроматичными.

Для управления лазерным пучком применяют следующие преобразования лазерного пучка:

1. пространственное преобразование, когда пучок заставляют распространяться в свободном пространстве или пропускают через какую либо оптическую систему, и при этом происходит изменение пространственного распределения пучка.

1. Пучок пропускают через усилитель или цепочку усилителей. При этом воздействии изменяется амплитуда пучка, и такое преобразование называется амплитудным.

2. Изменение длины волны пучка вследствие прохождения его через соответствующую нелинейную среду – преобразование длины волны или частоты.

3. С помощью подходящего оптического элемента, например, с помощью электрооптического или акустооптического модулятора можно модулировать во времени амплитуду непрерывного лазерного пучка или с помощью систем сжатия, использующих нелинейные оптические элементы, можно значительно сократить длительность лазерного импульса. Этот случай называют временным преобразованием.

7.Основные физические эффекты, используемые в оптоэлектронике.

эффекты и явления взаимного преобразования электромагнитного излучения оптического диапазо-

на (0,5—20,0 мкм) с электрическими сигналами в твердом теле.

Некогеректные излучатели представляют собой светодиоды на основе полупроводниковой структуры, излучающей свет при пропускании тока через р—n-переход в прямом

направлении.

Различают два механизма возбуждения светодиода: инжекция носителей заряда и ударная

ионизация. В основе спонтанной генерации света лежат процессы инжекции неосновных носителей

заряда в активную область р—п-структуры. В результате рекомбинации носителей заряда

Происходит исчезновение пары свободных противоположно заряженных носителей с одновременным выделением избыточной энергии порядка ширины запрещенной зоны в

виде кванта света. Может происходить и процесс безызлучательной рекомбинации, при

которой происходит рождение фононов.

Процесс инжекции наиболее эффективен в гетероструктурах, где имеются разрывы в ва-

лентной зоне и зоне проводимости, и при смещении гетероперехода в прямом направле-

нии наблюдается эффективная инжекция носителей заряда. При этом инжекция проис-

ходит из широкозонного материала в узкозонный. Вывод излучения осуществляется

перпендикулярно плоскости гетероструктуры через верхний широкозонный слой. Макси-

мальный квантовый выход или отношение числа вышедших фотонов к числу рожденных

составляет ~ 40%. Быстродействие достигает ~ 10^-8—10^-9 с.

Ударная ионизация возникает при обратном смещении р—n-перехода до напряжения

электрического пробоя. Этот механизм менее эффективен, чем инжекционный.

Когерентные излучатели получают на основе тех же р—n-переходов и создания условий

для вынужденного излучения. Это можно достигнуть, создавая положительную обратную

связь путем помещения инверсной активной среды в резонатор. (для лазеров)

При использовании в устройствах оптоэлектроники когерентных источников излучения

достигается наименьшая расходимость излучения, передается энергия излучения в задан-

ную точку пространства с минимальными потерями, обеспечиваются более широкие

функциональные возможности устройств фотоники и оптронных схем.