Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 45
Текст из файла (страница 45)
В 1996 году та же фирма представила первый полупроводниковый лазер фиолетовой области спектра около 390 нм при использовании названного выше вещества. Изготовление такого лазера также осуществлялось на основе металлорганической газофазной эпитаксии. Для ОаХ не существует подложки с примерно равной постоянной, или равным шагом дифракционной решетки. Поэтому приходится довольствоваться сапфиром или ЯС, что влечет за собой гораздо худшее качество структуры по СраВНЕНИЮ С ЛаЗЕраМИ На ПОЛуПрОВОдНИКОВЫХ СОЕдИНЕНИяХ АлВд'д.
На ОСНОВЕ перехода к четверичным системам (например, ВА(ОаХ) появилась возможность согласования решеток с Б)С. Кроме прочего с этими системами элементов удается получить еще более коротковолновую область. Другая проблема состоит в несовместимости технологических параметров СаХ и 1пХ, что сильно затрудняет изготовление лазерных диодов синей и зеленой областей спектра. Дальнейшие процессы, как то: расщепление гексагонального СаХ на сапфире и изготовление зеркал — тоже весьма сложны, отчего страдают оптические свойства (спектр мод, дальняя зона) этих лазеров. Сейчас активно обсуждается идея создания кубических ОаХ-слоев, которые легче поддаются расщеплению, причем расщепленные поверхности могут служить в качестве лазерных зеркал.
Далее, предпринимаются попытки изготовлять зеркала методом травления. Несмотря на высокую плотность порогового тока (почти 4 кА/см'), лазеры на ОаХ вполне крепки и надежны, что объясняется достаточной прочностью данного вещества. Благодаря этому подобные лазеры широко используются в коммерческих целях. Области применения Справедливо предположить, что в будущем большим спросом на рынке будут пользоваться коротковолновые лазерные диоды — в частности, для сферы оптической техники хранения информации. Мапые длины волн обеспечивают более высокое пространственное разрешение при считывании, что позволяет значительно повысить плотность записи данных на оптических фотографических дисках.
Многие фирмы работают в настоящее время над повышением плотности размещения информации в памяти СР- и РЪЧЭ-дисков при использовании ОаХ-лазерных диодов с фиолетовым излучением. В качестве еше одной вероятной области применения можно назвать также лазерные проекционные системы, например, для телевидения. Пучки лазерного излучения трех основных цветов — красного, зеленого и синего — посредством быстродействующего оптического отклоняющего устройства наводятся на проекционную поверхность. Там на основе узкофокусного лазерного луча образуется очень четкое изображение, обладающее в силу монохроматического лазерного света чрезвычайно чистым цветом. Такую «картинку» можно без проблем проецировать на большие расстояния. Использование лазерных диодов означало бы несомненный прогресс в этой сфере.
Зд 2Д 10.9. Полупроводниковые лазеры для дальней связи Современные сети дальней связи передают информацию с помощью оптических волокон, и для этой цели требуются лазеры в диапазоне спектральных окон около 1,3 мкм для средней дальности и 1,55 мкм для болыпих расстояний (см. рис. 12.15). На данный момент самым подходящим веществом считается здесь!пР и близкие к нему соединения (1пйаАаР, 1пСаА1Аа). Хотя технология получения ОаАа значительно усовершенствовалась в последнее время, ОаАа-лазеры находят применение только для спектрального диапазона ниже или около 1,3 мкм. Лазеры на основе СаАа (например, с 800 — 900 нм) рекомендуются поэтому для коротких расстояний.
Для более простых применений предлагаются лазерные диоды Фабри — Перо, хотя они функционируют в широком спектре, зависимом от температуры. Если требуется передать информацию одновременно на несколько длин волн (уплотнения длин волн), потребуются диоды с сильным одномодовым режимом. Таковой достигается лазерами с обратной связью, в которых для обратной связи используются встроенные структуры решетки. Температурная зависимость спектра у обоих этих лазеров меньше, чем при структурах типа Фабри — Перо. Интервал длин волн в случае уплотнений составляет, например, 20 нм, так что требуются лазеры, которые могут перестраиваться, например, выше 100 нм. В основе самого простого способа передачи информации с помощью непрерывных лазеров лежит модуляция диодного тока.
С учетом времени жизни фотонов в резонаторе и паразитных емкостях этот способ имеет пределы частоты на уровне 15 — 20 ГГц. Альтернативой могут быть интегрированные модуляторы, причем выбирается модулятор с электропоглощением или электрооптический модулятор Маха — Цендера при частотах до 40 Гбит/с и выше. Более высокие скорости передачи данных в канале длин волн могут достигаться благодаря использованию импульсных лазеров. При наличии импульсов в пикосекундном диапазоне поток информации (допустим, 40 Гбит/с) может уплотняться с достижением одновременной передачи сразу нескольких потоков данных — например, 4 х 40 Гбит/с. Подходящие короткие пикосекундные лазерные импульсы могут быть генерированы на основе синхронизации мод (см.
также п. 17.4). Здесь следует различать обычные лазеры с краевым излучением и исполнения с поверхностным излучением (ЧСЯЕЕ). Последние обладают тем преимуществом, что они расположены в матрице и лучше вводятся в волокна. ЗАДАЧИ 10.1. Можно ли считать кремний подходящим лазерным веществом? 10.2. В чем состоит преимущество полупроводникового соединения без содержания А1? 10.3. Допустим, диодный лазер имеет при температуре 20 'С пороговый ток 10 мА. Характерная температура составляет: Т, = 100 'С. Каким будет пороговый ток при 30'С? (~212 Г 1О.л гр д 10.4.
Диодный лазер с длиной волны 800 нм обладает излучающей поверхностью с размерами 1 мкм (в направлении р — п-переходов, почти ось) и 5 мкм (медленная ось). Определить соответствующие углы расхождения. 10.5. Укажите требуемое расположение линз для получения цилиндрического параллельного пучка из диодного лазера. 10.6. Матрица лазерного диода состоит из 10 несвязанных отдельных диодов с размерами согласно заданию 4 и интервалом 5 мкм.
Назовите значения дифракционного максимума и дифракционного минимума. 10.7. Каким коэффициентом отражения обладает граница раздела между ОаАл и воздухом? Как можно понизить данный коэффициент отражения? 10.8. Диодный лазер с длиной волны 750 нм имеет длину 500 мкм при показателе преломления л = 3. Ширина полосы усиления составляет 50 нм, Вычислить частотный интервал и максимальное число продольных мод. 10.9. Перечислите известные способы частотной селекции. 10.10. В случае полупроводникового лазера с вертикальным излучением (УСВЕ(.): при какой длине лазера из задания 8 имеет место только одна продольная мода? Каким должен быть коэффициент отражения зеркала, чтобы этот лазер начал генерацию излучения при 8е = 100 см'? 10.11. Лазер на ОаА)тгьч (для СО-плейера) имеет следующие характеристики: Х = 780 нм, оптическая мощность (на каждое выходное окно) Р = 5 мВт, пороговый ток 7,„= 30 мА, дифференциальная квантовая эффективность т),„.
= 25 % (на окно), последовательное сопротивление Я = 4 Ом. Какова электрическая мощность Р,.? Примечание: дифференпиальная квантовая эффективность выражена через Л,„ье = Лг „.„„г' Л', .„., = (елдзе)/()гсо/). Предполагается, что напряжение ((„(при те) примерно равно межзонному интервалу. ГЛАВА 11 ЛАЗЕРЫ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ, КОГЕРЕНТНЫЕ РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ И АТОМНЫЕ ПУЧКИ В этой главе приводится описание трех типов лазеров, весьма интересных с точки зрения использования их в научных целях. В силу достаточно высоких затрат на их техническое воплощение эти лазеры до сих пор не предлагались в качестве оборудования коммерческого назначения.
Итак, речь идет о следующем; ° Вгее-е!ее!гоп !азег (гЕ1) — лазеры на свободных электронах основаны на испускании света электронных лучей в периодическом магнитном поле. При этом создается излучение в диапазоне от инфракрасной области спектра и до рентгеновских лучей, что значительно превосходит диапазон излучения других типов лазеров. ° Когерентное рентгеновское излучение может генерироваться также путем вынужденного излучения индуцированных лазером плазм. ° В 1997 году были впервые получены когерентньге атомные пучки, для чего использовались так называемые «атомные лазерыгч причем следует отметить, что слово «лазер» в данном случае не совсем корректно, поскольку речь идет об излучении не света, но атомов.
Эти три типа лазеров с точки зрения общей концепции и характеристик пучков сильно разнятся и рассматриваются в одном разделе исключительно в целях наилучшей демонстрации их будущих перспектив. В обычных лазерах переходы осуществляются между состояниями возбуждения атомов, молекул или твердых тел. В результате индуцированного испускания высвобождается электромагнитное излучение, причем длины волн установлены на основе более или менее четко определенных энергетических уровней. Перестройка длины волны лазера возможна всегда только в довольно узком диапазоне.
Даже у твердотельного лазера длина волны может измениться всего на 10 % Такое поведение, в принципе, можно скорректировать за счет того, что система с непрерывно изменяемыми энергетическими состояниями используется в целях лазерного излучения. Поэтому были приложены все усилия для создания лазеров, применяющих в качестве активной среды свободные электронные лучи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
