XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Введение.

 

Полупроводниковые лазеры являются квантовыми генераторами на основе полупроводниковой активной среды, в которой оптическое усиление создаётся вынужденным излучением при квантовом переходе между энергетическими уровнями при большой концентрации носителей заряда в свободной зоне.

Благодаря повышенной оптической мощности и отличным функциональным свойствам полупроводников, их можно использовать в измерительных приборах повышенной точности, не только в производстве, но и в быту, и даже медицине. Полупроводниковый лазер является основой для чтения и записи компьютерных дисков. Благодаря нему работают лазерные указки, уровнемеры, измерители расстояния и прочие полезные для человека устройства.

Появление такого электронного компонента стало революцией в конструировании электрических устройств разной сложности. Луч, образованные диодами высокой мощности, используется в медицине при выполнении всяческих хирургических процедур, в том числе по восстановлению зрения. Лазерный луч способен за незначительный промежуток времени произвести коррекцию глазного хрусталика.

Сразу же после появления лазеров и начала исследования взаимодействия лазерного луча с различными материалами стало ясно, что этот инструмент может найти широкое применение в разнообразных промышленных технологических процессах, так как лазерный импульс несёт в себе огромный запас энергии. Современная радиоэлектронная промышленность выпускает большое число разнообразных приборов и устройств от простого радиоприёмника до сверхсовременных компьютеров.Одной из важных областей применения лазеров в промышленности можно считать использование их в различных контрольно-измерительных приборах

Типы полупроводниковых лазеров.

Лазер с двойной гетероструктурой

В конструкции данного устройства предусмотрен слой вещества с узкой зоной запрета. Он находится между материалами, у которых эта зона значительно шире. Как правило, для изготовления таких лазеров используют арсениды галия и алюминия-галия. Такие соединения называют гетероструктурами.

Преимуществом этого полупроводникового лазера является то, что активная область (область электронов и дырок) находится в среднем слое. Из этого следует, что усилие создается намного большим количеством пар электронов и дырок. В области с малым усилием, этих пар практически не остается. В д ополнение к этому, свет отражается от гетеропереходов. Таким образом, излучение полностью находится в области наиболее эффективного усилия. Рис1. – Лазер с двойной гетероструктурой [8]

 

Лазер с квантовыми ямами

К огда средний слой диода выполнен более тонким, он начинает работать как квантовая яма. Следовательно, электронная энергия в таком случае квантуется вертикально. Разница между количеством энергии квантовых ям используется для формирования излучения, вместо барьера. Это весьма эффективно с точки зрения управления волной луча, которая прямо зависит от толщины среднего слоя. Этот вид лазера намного продуктивнее, нежели однослойный аналог, так как в нем плотность электронов и дырок распределяется более равномерно. Рис. 1 – Строение полупроводникового

лазера с квантовыми ямами. [6]

Гетероструктурный лазер с раздельным удержанием

Основная особенность тонкослойного лазера состоит в том, что он не способен к эффективному удержанию светового луча. Чтобы решить эту проблему, с обеих сторон кристалла прикладывают пару дополнительных слоев, обладающих более низким преломлением, нежели центральные слои. Такая структура напоминает световвод. Она гораздо эффективнее у держивает луч и называется гетероструктурой с отдельным удержанием. Полупроводниковый лазер на гетероструктуре массово производился в 2000 годах.

Рис. 3 – Схема гетероструктурного лазера с раздельным удержанием [9]

Лазеры с обратной связью

Т акая конструкция преимущественно используется для волоконно-оптической связи. Чтобы стабилизировать волну, на р-n переходе наносят поперечную насечку, в результате чего получается дифракционная решетка. Из-за этого, обратно в резонатор возвращается лишь одна длина волны, которая в нем усиливается. У полупроводниковых лазеров с обратной связью волна имеет постоянную длину, которая определяется шагом той самой насечки. Под действием температуры, возможно изменение насечки. Принцип работы полупроводниковых лазеров этой модели лежит в основе телекоммуникационных оптических систем.

Рис. 4 – схема полупроводникового лазера с обратной связью. HR- зеркало с большим коэффициентом отражения; AR- просветляющее покрытие. [7]

Полупроводниковые лазеры используют в таких областях:

Производство датчиков телеметрии, оптических высотомеров, прицелов, дальномеров, пирометров.

Производство оптоволоконных систем, систем когерентной связи, а также систем для передачи и хранения данных.

Охранные системы, квантовая криптография, автоматика.

Производство видеопроекторов, лазерных принтеров, лазерных указателей, сканеров, проигрывателей компакт-дисков.

Оптическая метрология и спектроскопия, хирургия, стоматология, косметология, терапия.

Обработка материалов, очистка воды, контроль химических реакций.

Промышленное машиностроение и промышленная сортировка.

Производство систем зажигания и систем ПВО.

Литература:

https://yandex.ru/turbo/fb.ru/s/article/233993/lazeryi-poluprovodnikovyie-vidyi-ustroystvo-printsip-rabotyi-primenenie

https://yandex.ru/turbo/syl.ru/s/article/336623/poluprovodnikovyie-lazeryi-vidyi-i-printsip-rabotyi

http://xn--80akfo2a.xn--p1ai/2018/02/15/7024/

https://smekni.com/a/323254-4/lazery-ikh-ustroystvo-4/

https://www.kazedu.kz/referat/52998/1

https://mydocx.ru/1-31140.html

https://ru.wikipedia.org/wiki

https://dubki-nk.ru/wp-content/uploads/2018/12/Prostoy_i_udobnyy_lazer_s_vysokim_kpd_3.jpg

https://studopedia.ru/21_17766_odnomodovie-kanalnie-lazeri-dlya-volokonno-optncheskih-liniy-svyazi.html

Код для цитирования: Скопировать