Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 4 - 1978 г. (1151803), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Таким образом, Йе служит для уменьшения электрических потерь. Гелий-неоновый лазер, хотя и обладает малой выходной мощностью и низким к.п.д„ генерирует высококогерентиый свет в видимой [17] и инфракрасной [!8] областях. Этот лазер имеет большой ресурс работы в запаянной системе и легко может быть выполнен в виде прочных н простых конструкций. Лазер ип иониэированном оргоне (Аг+) дает ббльшую выходную мощность, чем гелий-неоновый лазер. Эта мощность сосредоточена в диапазоне длин воли [19], очень 'выгодном для использовании высокоэффективного детектирования с помощью фотоумножителей. Лазеру свойственен низкий к.п д. и в дополнение жестко ограниченный ресурс работы в запаянной системе.
Кроме того, ширина линии генерации много больше, чем у гелий-неонового лазера. Лазер иа двуокиси углерода (СОВ использует возбуждение н переходы между молекулярными внбрационно-вращательными уровнями [20], в отличие от описанных выше лазеров, которые используют возбуждение и пере- холы между электроннымн уровнями нейтральных атомов нли ионов.
До некоторой степени, подобно гелий-неоновому лазеру, возбужденное состояние получается посредством электрического разряда в смеси газов. В дополнение н СОь имеющему переход, дающий генерацию лазерн, смесь газов обычно состоит из азота (Хз) как источника молекул в возбужденных метастабильных состояниях и Не для создания большого сечения соударения с молекуламв СОх, что способствует быстрому уменьшению населенности конечного состояния перехода, генерирующего излучение.
Первое возбужденное вибрационное метастабяльиое состояние Мз жестко согласовано с одним из вибрационных 310 92. Лазерные передатчики и модуляторы состояний СОв, и таким образом соударения НР-СОв создают механизм накачки этого лазера. На рис. 6 приведена диаграмма знергетических уровней СОв, иллюстрирующая процесс генерации излучения. Коэффициент полезного действия лазера еа СОв, в отличие от лазеров на Не — )к)е или иа Аг+, может приближаться к 30%, так как знергин перехода накачки меньше чем в 3 раза превосходит энергию перехода, генерирующего излучение (Гр). В случае лазера на Не — Ые этот ноэффициент равен !8,3.
дидраиионное раднодесие (10 Д1 Ютютаотадилю нее тотюжпю )Т::==-) деренод(10 Ь) ! Злентронное доМул денггл )ь 1 Уран!отельное 'идг = н)раднодеюае110т 1 Разерный ' лереноду10,/ [Т001 с Уненьтение т населенности )й)та Д айз Рнс. Е. Осневнме времена мнвнн н«рекндев (сентнды) в системе н -м,-со, 1ы), Длина волны излучения лазера на СОв равна 10,6 мкм. Она лежит в области, где энергия фотона (=0,1 эВ) только приблизительно в 5 раз превышает тепловой фон (йТ) при комнатной температуре. Поэтому для достижения малоинерционного высокочувствительного детектирования необходимо приме. кение охлаждаемых до криогенных температур детекторов на фотодиодах или фотопроводниках.
В этом диапазоне длин волн остаточное поглощение электрооптических материалов так велико, что осуществление модуляции при высоком уровне мощности оказывается трудной тепловой проблемой. Несмотря на это при умеренных уровнях мощности лазер на СОт имеет хорошие свойства как генератор с одним типом колебаний и, следовательно, представляет собой устройство весьма полезное для применений в доплеровских системах. Его относительно длинная волна обладает значительными преимуществами при прохождении через атмосферу, особенно в условиях тумана. Полупроводниковые лазеры. Полупроводниковые инжекционные лазеры обладают преимушеством, состоящим в том, что оии непосредственно преобразуют электричесную энергию постоянного тока в когерентный свет )0 — 11).
Для них не требуется промежуточной оптической или газоразрядной накачки. Вследствие этого инжекционные лазеры имеют высокий к.п.д. и очень компактны. Модуляция их может осуществляться изменением той же самой электрической мощности, которая используется в начестве накачки.
В твердотельных лазерах с оптической накачкой обычно используют кристаллы основного вещества, обычно ионные, в которые включены изолированные ионы примесей. Иэлучательные переходы, за счет которых осуществляется действие лазера, представляют собой переходы между дискретнымн состояниями атомов примеси. Первичная роль кристаллической решетки основного вещества заключнется в том, чтобы зафиксировать положения ионов примесей при высокой нх концентрации.
Взаимодействие с полем кристалла приводит к возмущению энергетических уровней, но обычно только на небольшую величину, В отличие от твердотельных лазеров с оптической накачкой, в полупроводниковых лазерах энергетические состояния кристаллической решетки 3П Гл. У. Отические локатора основного вещества участвуют в переходах, создающих генерацию лазера. Эти состояния иэ-за перекрытия волновых функций электронов в атомах состоят ие иэ дискретных энергетических уровней, а сливаются а группы уровней, заполненные электронами, или энергетические зоны.
На диаграмме энергетических вон верхняя эона, заполненная электронами, называется валентной зоной. Следующая за ней не заполнена и называется зоной проводимости. В полупроводнике эти воны разделены областью, называемой запрещенной зоной Е„ н которой разрешенные состояния отсутствуют. При возбуждение электроны могут переходить из валентной зоны в зону проводимости, остав. ляя в валентной зоне «дырку». Излучательные переходы, которые сопровождаются вынужденным испусканием, происходят при рекомбинацик электронов и ды ок. качестве материала для инжекционных лазеров используются полупроводники, легированные различиымн примесными элементами, такими, как цинк нлн олово. Некоторые из этих примесей создают в материале избыток электронов, а другие — избыток дырок (недостаток электронов). В этих полупроводниках электроны инжектируются в л Р относительно малонаселенну)о зону проводимости с помощью смешения, приложенного к Р— и-переходу в прямом иаЕ~ пРавлении Р— п-переход представляет собой область между полупроводниковым материалом и-типа (донором), коЕл тарый имет избыток электронов, и материалом Р-типа (акцептором) с избытка ком дырок.
Обычно р — я-переходы делаются путем диффузии примеси р.типа в полупроводниковую пластинку, предва. рительно легированную примесью и-типа Можно также изготовлять лазерные бк р — л-переходы, беря в качестве исходной Ъ. подложку р-типа и диффундируя в нее Е/ примесь п-типа.
Широко используется Едл также эпитаксиальное выращивание иэ паров или раствора. Ес Диаграмма энергетических зон Р-лперехода при нулевом смешении показал)' ))р ф на на рис. ?, а. Показан вырождениып переход [21], у которого количество примеси и, следовательно, плотность Е '~~,'~~ч~~~~7 лл электронов и дырок достаточно -велика . «'""У"" ( 1б|э см-'), так что энергетический уровень Ферми '> находится выше края 9 воны проводимости в п-области перехода и ниже валентной зоны в р-области. Это также означает, что концентрация примеси достаточно высока, поэтому уровни, которыми обладает примесь, сливаются с энергетическими зонами материала кристалла.
При приложении прямого смещения происходит уменьшение величины барьера и электроны иижектируются в р.областгь где они могут непосредстаен- Ркс. т. Р— п-псрсхад. Састакккя, ээпалксккыс электрона. и», пакэээкы мтркхаэкай: а) У-О: б) еу>йт. Ес — мини. мклькэя экергкя эакы праэадкыастк; Ес — ыкксныальяая энергия пэлсптнай воны„ Š— энэргпх уров. ня Фсрып; Š— к Е - эксргпя рл рр кэээкураэксй Ферми для электра.
каэ и дырок саатэстстэспка [2)1. ') Энергетический уровень Ферми Ер характеризует распределение электронов по квантовым энергетическим состояниям, Вероятность того, что знергетнческое состояние с энергией Ер будет занято, равна 1/2, 312 У.2. Лазерные передатчики и модуллторзз но рекомбинировать с дырками, испуская излучение с энергией й». Из рис. 7,б видно, что если напряжение смещения У достаточно велико (оу) и л )Ь»), то вблизи перехода будет существовать узкая область, называемая активной, где булет иметь место ин- П версия населенностей, т.
е. очень высо- Плооноото Паолина кая концентрация как электронов, так и дырок В этой области фононы не по- и) глощаются, а стимулируют испускание еще большего числа фотонов. Толщи- Ь на этой активной области в полупроводниковом материале, грубо говоря, равна 1О-' см, н свет, распространяю- ф шийся в плоскости перехода, значительно усиливается. Лазер можно изготовить из этого активного материала путем формирования резонансной Плоюнооюэ тони структуры из тонкой пластинки полу,- " проводникового материала например Ркс. В. стртктгрз лазеРа (а), зависимость Прямоугозьногп Паразяепвннивда, пО- кктскскккзстк (Л) к пезззгз сзетзззгз кз. лучсккя (з) зт клзтксстк тека з кзкэкзлс. казанного нв рис. 8, а, Две из сторон, ккк зск з !х!1.
перпендикулярных к плоскости переходов, делаются шероховатыми, в две другие путем расщепления или полировки (скалывания) оптически плоскими и параллельными. Эта структура подобна структуре лазера с резонатором Фабри †Пе. Колебания электромагнитного типа происходят перпеаднкулярно плоским поверхностям. Условие пороговой генерации достигается, когда волна переходит активную область без ослабления, т.
е. усиление П в активной области должно компенсировать как внутренние, так и концевые потери: Поьолононнля ллаотанна Поиооянныи нонтант оооноа Плоонооти онана ((т )7з ехр (2 (П вЂ” сс!) !) 1, (47) где 1 — расстояние между плоскими отражающими поверхностями; аз — внут- ренние потери; Й) и )74 — коэффициенты отражения нв концах образца. Можно показать (22), что пороговая плотность тока равна 8пеп,' сПАХ ! ~м(+ — 1п ()7()(э) 41)ьс (48) где е — заряд электрона; п, — показатель преломления; т) — внутренний квантовый выход (число фотоноа, создаваемых на один рекомбиннрующий носитель); П вЂ” толщина активной области; АХ вЂ шири линии спонтанного испускания. Значение усиления, обычно получаемое в инжекционных лазерах, около 100 см-'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
