лазер, полупроводниковый (англ. semiconductor laser) — лазер на основе полупроводникового кристалла.

Описание

Работа полупроводниковых лазеров основана на усилении света в активной области полупроводникового материала. В большинстве полупроводниковых лазеров используются излучательные квантовые переходы между двумя разрешенными энергетическими зонами полупроводника (межзонные переходы): зоной проводимости и валентной зоной. Активная область лазеров на основе межзонных переходов характеризуется термодинамически неравновесным распределением носителей, которое в зоне проводимости имеет вид, характерный для вырожденного полупроводника n-типа, а в валентной зоне — для полупроводника p-типа. Такое распределение носителей заряда называется дважды вырожденным (см. рис.).

В полупроводниковой активной среде может достигаться очень большой показатель оптического усиления (до 104 см–1), благодаря чему размеры активного элемента и длина резонатора полупроводникового лазера исключительно малы (длина резонатора ~50 мкм–1 мм, а в лазерах с вертикальным резонатором доли микрометра). Помимо компактности, особенностями полупроводникового лазера является малая инерционность (~10–9 с), высокий кпд (до 50 %), возможность спектральной перестройки и большой выбор веществ для генерации в широком спектральном диапазоне от λ = 0,3 мкм до 30 мкм.

Важнейшим способом накачки полупроводниковых лазеров является инжекция через p–n-переход или гетеропереход, позволяющая осуществить непосредственное преобразование электрической энергии в когерентное излучение. Полупроводниковые лазеры с таким способом накачки называются инжекционными лазерами.

В инжекционных лазерах дважды вырожденное состояние в активной области создается при большом прямом токе через полупроводниковый диод за счет инжекции избыточных носителей в слой, прилегающий к переходу. Наибольшее распространение получили полупроводниковые лазеры на основе гетероструктур (гетеролазеры) благодаря умеренным пороговым плотностям тока при комнатной температуре. Наиболее эффективные гетеролазеры содержат два гетероперехода, один, типа p–n, инжектирующий электроны (эмиттер), и другой, типа p–p, ограничивающий диффузное растекание носителей заряда из активного слоя; активная область заключена между ними.

Иллюстрации

Схематическое изображение структур зон в полупроводниках разных типов [3]: а — собственный полу
Схематическое изображение структур зон в полупроводниках разных типов [3]: а — собственный полупроводник; б — вырожденный полупроводник n-типа; в — вырожденный полупроводник p-типа; г — дважды вырожденный полупроводник.

Автор

  • Наний Олег Евгеньевич

Источники

  1. Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. — М.: Высшая школа, 2001. — 573 с.
  2. Ackerman D. A. et al. Telecommunication lasers / Ed. by I. P. Kaminow, T. Li. — Optical fiber telecommunications, IV A, 2002. — 878 p.
  3. Корниенко Л.С., Наний О. Е. Физика лазеров. Ч. 1, 2. — М.: Изд-во МГУ, 1996.

Напишите нам