9. Принцип действия, устройство, основные параметры и характеристики полупроводниковых лазеров.

В полупроводниковых лазерах активным элементом служит полупроводниковый кристалл, накачка которого может осуществляться различным способам: инжекций (впрыскиванием) носителей заряда извне в область электронно – дырочного перехода (токовая накачка), пучком электронов высокой энергии, превышающей 20.10³ эВ (электронная накачка) либо оптическим излучением.

В полупроводниках энергетические уровни электронов располагаются в валентной зоне и зоне проводимости (рис. 301 с), разделенных запрещенной зоной шириной , представляющей собой область значений энергий, при которых не существует стационарных состояний. Если электрон, получив дополнительную энергию, превышающую значение , переходит из валентной зоны на один из уровней зоны проводимости, то в валентной зоне образуется вакантное место – дырка – положительный заряд, равный по абсолютному значению заряду электрона. Через некоторое время возбужденный электрон совершает обратный переход и заполняет незанятое место – дырку. Этот процесс называется рекомбинаций пары электрон – дырка. При рекомбинации отдаваемая электроном энергия может быть излучена в виде фотона либо безизлучательно передана кристаллической решетке полупроводника.

Чтобы получить в полупроводнике состояние с инверсной населенностью – необходимое условие для усиления излучения, нужно обеспечить такое распределение, когда число электронов в зоне проводимости превышает число электронов, находящихся в валентной зоне.

Инжекционные лазеры: рис 303с.

Основными элементами инжекционного лазера являются активный элемент – лазерный диод и источник питания, обеспечивающий накачку. Лазерный диод выполнен в виде параллелепипеда. Излучающая поверхность, определяемая толщиной активной области p – n – перехода, имеет высоту 1 – 2 мкм и длину 0,1 – 1,5 мм. Две противоположные грани, параллельные между собой, образуют резонатор. Остальные грани изготавливают шероховатыми, чтобы исключить возникновение паразитных колебаний в нежелательных направлениях.

Длина воны излучения определяется шириной запрещенной зоны используемого полупроводникового материала.

Ширина спектра излучения нм и меньше.

Расходимость лазерного пучка достигает 5 – 10⁰ в вертикальной и 1 – 2⁰ в горизонтальной плоскости.

Для инжекционных лазеров характерна линейная зависимость мощности излучения от тока накачки в широких пределах значений, что позволяет модулировать излучение, управляя значением тока накачки.

Коэффициент полезного действия инжекционных лазеров составляет несколько процентов.

9. Параметры оптически прозрачных сред: n, a, , .

показатель преломления среды;

спектральный коэффициент поглощения вещества, равный отношению поглощенного средой потока к падающему потоку излучения;

спектральный коэффициент отражения вещества,

отраженный монохроматический поток излучения;

спектральный коэффициент пропускания;

монохроматический поток, вышедший из среды.

Если не учитывает рассеяния излучения в среде, то в этом случае закон Кирхгофа запишется в следующим образом:

.

С учетом рассеяния излучения в среде, которое определяется спектральным коэффициентом рассеяния . В этом случае закон Кирхгофа запишется следующим образом: .