Смужкові (полоскові) лазери.

Смуга активного шару утворюється завдяки обмеженню електричного контакту діелектричними шарами, отриманих методом фотолітографії, і, як правило, має V- подібну форму шириною 2 -- 20 мкм. Завдяки цьому струм накачування протікає не через всю площину p-n- переходу, а тільки через вузьку смугу. Важливо, що така конструкція лазера ще забезпечує поєднування електронного та оптичного обмежування.

Схематическое изображение первого в мире полупроводникового лазера (полоскового), работавшего в непрерывном режиме при комнатной температуре, который был создан

в группе будущего Нобелевского лауреата Ж.И.Алферова в 1970 г.

Напівпровідникові лазери

Лазери на гетеропереходах з квантоворозмірними структурами та роздільним електронним та оптичним обмеженням.

Зменшення товщини активного шару до квантоворозмірної величини (наприклад за допомогою молекулярно-променевої епітаксії) призводить до перетворення потенціальної ями на квантову.

Одномірне обмеження електронного газу -- глибина ями буде мати кінцеве значення. Хвильова функція електронів всередині неї не буде дорівнювати 0 на її границі. Обмеження призводить до квантування -- енергетичний спектр електронів, при малій товщині активного шару також квантується. Це сприяє покращенню монохроматичності випромінювання і впливає на сперктральні властивості через товщину шару і ступеню обмеження електронного газу взагалі.

Напівпровідникові лазери

Лазери на гетеропереходах з квантоворозмірними структурами та роздільним електронним та оптичним обмеженням.

Електрони, які знаходяться не в квантоворозмірних структурах, тобто без обмежень мають назву 3D- електронного газу.

Електрони які знаходяться в тонкому шарі мають одну ступінь обмеження руху (подвійна гетерострукутра) і мають назву

2D- електронного газу.

За подвійного ступеня обмеження (полоскові квантоворозмірні гетерострукутри або квантові нитки чи дроти) -- 1D- електронний газ.

За трьохмірним обмеженням, коли електрони обмежуються потенціальними бар'єрами в квантоворозмірному об'ємі --- 0D- електронний газ (квантові точки або скриньки).

Напівпровідникові лазери Лазери на гетеропереходах з квантоворозмірними

структурами та роздільним електронним та оптичним обмеженням.

Рис. Енергетична діаграма (а) та залежність значень показника заломлення від вертикальної координати (б) гетероструктури з роздільним електронним та оптичним обмеженням.

Зменшення товщини активного шару призводить до порушення умови d> /n і проникненню лазерного випромінювання в широкозонні напівповідники. Саме тому ефективна робота квантоворозмірних гетеролазерів можлива тільки за роздільним електронним та оптичним обмеженнями, коли електронне обмеження реалізується однією гетеротсруктурою товщиною d, а оптичне --- іншою товщиною D.

Напівпровідникові лазери

Лазери на гетеропереходах з квантоворозмірними структурами та роздільним електронним та оптичним обмеженням.

Напівпровідникові гетеролазери на надрешіткахНапівпровідникові лазери Основним недоліком напівпровідникових лазерів залишається їх мала

потужність. Для її підвищення в подвійних гетероструктурних лазерах з роздільним обмеженням можна використовувати не одну, а декілька квантоворозмірних структур, що знаходяться в одній хвилеводній області оптичного обмеження D. При кількості таких структур меншої за 6, вони поводять себе як окремі квантові ями, точки та дроти. При збільшенні їх кількості із дозволених станів утворюються мінізони, що є більш характерним для одномірних надрешіток або надструктур.

Керуючи параметрами окремих структур, можна керувати параметрами мінізон. В таких надструктурах відбувається енергообмін носіями зарядів між окремими квантовими ямами за рахунок тунельного ефекту, що суттєво покращує їх потрапляння на нижні квантові рівні зони провідності.

В лазерах на надрешітках густина порогового струму зменшується до

40 А/см2.

Завдяки особливостям електронного спектру квантоворозмірних гетероструктур стало можливим отримання великих значень коефіцієнта підсилення >1/d >1000 см-1) і отримати активні області в лазерах в декілька мікрон. Це і стало базою для створення лазерів, що генерують когерентне випромінювання перпендикулярно площині активної області в напрямку паралельному проходження струму накачування, схема якого представлена на рис. Максимальна довжина активної області d обмежується дифузійною довжиною неосновних носіїв заряду в активному шарі. Активна область складається з подвійної гетероструктури, що має набір узгоджених вертикально-зв'язаних шарів квантових ям, дротів та точок.

Робочий струм окремого мікролазера не перевершує одиниці міліампер. У такого лазера поліпшена комутація з оптоволокном і, завдяки його малій інерційності, можливе використання поверхнево-випромінюючих мікролазерів в системах обробки та передачі інформації до 100 Гбіт/с.

Поверхнево-випромінюючі інжекційні лазери В каскадних лазерах у якості робочих переходів використовують

переходи між рівнями розмірного квантування, що належать одній зоні, або внутрішньо-зонні переходи. Це проміжні квантоворозмірні зони квантових ям і точок надструктур.

Рис. Енергетична діаграма активної області каскадного лазера на зв'язаних квантових

ямах.

і d3, що розділені бар'єрами шириною b1 і b2. Зв'язок між ямами задається шириною бар'єрів, а положення рівнів розмірного квантування висотою бар'єру та товщиною ями. В електричному полі за рахунок резонансного тунелювання електрони з емітера будуть переходити в основному на рівень 3. Параметри першої ями d1 підібрані таким чином, що цей рівень для неї не є найнижчим і тому релаксація всередині ями неможлива, а квантові переходи 3 -- 2 проходять з випромінюванням фотонів. Нижчий робочий рівень спустошується за рахунок переходів 2 --- 1 і електрони переходять в

третю яму звідки вони електричним полем переводяться в колектор.

Схема робочих енергетичних рівнів схожа на трирівневу схему другого типу за якою переважно працюють газові лазери, але на відміну від останніх, параметри енергетичної схеми можна задавати штучно. Робоча довжина хвилі каскадних лазерів може варіюватися від 3 до 100 мкм.