Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 4 - 1978 г. (1151803), страница 81
Текст из файла (страница 81)
При таком большом усилении на единицу длины, размеры инжекционных лазеров могут быть чрезвычайно малы, типичная длина лежит в пределах 0,1 — ! мм, До настоящего времени наиболее детально разработанным инжекционным лазером является лазер на арсениде галлия (ПаАВ). Арсенид галлия — полупроводниковое соединение, относящееся к группе А'г'В», имеющее запрещенную зону с прямыми оптическими переходами, р — и-переход в этом материале испускает спонтанное излучение с длиной волны 840 нм и узкой шириной линии, около 10 нм с высоким квантовым выходом при температуре 77 К. Фотон с длиной волны 840 нм соответствует энергии перехода электрона через 313 Гл.
з. Оптические локаторы аапрешенную зону, равную 1,47 В, т. е. йс/А=е(Г, где )У вЂ” ширина запрешенной воны. Контакты с и. и р-сторонами резонансной структуры (см. рис. 8,а) можно выполнить несколькими способами. Например, лазерный переход может быть установлен в транзисторный корпус, в крепление, которое обеспечивает лучший теплоотвод [23), показано на рис. 9. Технология относительно проста. Техника разрезания образцов позволяет избежать полировки концевых поверхностей, кроме того, иет необходимости и в их серебрении, так как коэффициент отражения при нормальном падении около 0,3.
ЛЛддл ла клег или 00 иадй Ллдлт Рис. З. Коне»гурвин» и размеры теплоотвода. типовой лазерный диод имеет толщину 0085 мм, ширину ОЛЗЗ мм и длину О.ае мм 1031. Если в инжекционном лазере наблюдается излучение в направлении, перпендикулярном плоским поверхностям срезов, то зависимость излучении от плотности тока имеет вид, показанный на рис. 8,0. Когда начинается генерация лазера при пороговой плотности тока /г, то наблюдается резкий излом кривой и интенсивность света при росте тока начинает возрастать значительно быстрее.
Световое излучение становится высоко направленным. Если диаграмма излучения измеряется с помощью детектора, помещенного на некотором расстоянии от лазера, то можно наблюдать, что луч направлен по оси 2 (см. рис. 8,а), В типовом случае луч имеет ширину 5' в плоскости перехода и 20' в перпендикулярной плоскости [24). Однако часто наблюдается и более широкие лучи с сильными боковыми лепестками или многолучевые диаграммы, особенно прн токах, значительно превышающих пороговую плотность тока. Если диод помешен в некоторую оптическую сферу, где может измеряться весь испускаемый им свет, то может быть определен внешний квантовый выход т)„равный числу фотонов, покидающих кристалл на один носитель, пересекаюший переход [251. Внешний квантовый выход т(, отличается от внутрен- нега квантового выхода нн описываемого формулой (48), из.за поглощения излучения в неактивной области кристалла.
Область р-типа создает особенно высокое поглошение. Большое возрастание ты при /г происходит из-за того, что при меньших / излучение испускается изотропно, и, таким образом, из-за большого показателя преломления ОаАз почти полностью отражается внутрь кристалла и поглошается. Выше порога излучение испускается в йлоскости перехода перпендикулярно поверхностям срезов и его большая часть выходит из кристалла наружу. Выше порога экспериментально наблюдается чрезвычайно сильное увеличение к.п.д, при испускании света (слг рис. 8,0). Были измерены высокие значения т)„достигавшие 70ей.
Порог генерации лазеров на ОаАз является функцией температуры. /(ля температуры 7 вызпе 60 К значение /г=Г'. При более низких температурах зависимость менее сильная, а ниже 20 К она приближается к постоянной. При 77 К типичное значение /, меныпе 1000 А см-, при 300 К (комнатная температура) /г — увеличивается до 1О' †!04 А см-' и более. Это увеличение порогового тока совместно с некоторым понижением эффективности мешает работе 314 9.2.
Лазерные передатчики и модуляторы лазеров. на ОаАз и непрерывном режиме при комнатной температуре. Однако при температуре 77 К от лазеров с конфигурацией, показанной на рис. 9, в непрерывном режиме легко можно получить выходные мощности более 1 Вт. В отдельных образцах лазеров при 77 К и при комнатной температуре были получены импульсные мощности в несколько сотен ватт. Кроме изменения порогового тока при изменении температуры происходит также изменение длины генерируемой волны.
В диапазоне температур 60 — 300 К длина волны меняется с температурным коэффициентом 0,25 нм/К. При более низких температурах изменение меньше, а ниже 20 К изменение по существу отсутствует. Измерения ширины линии лазера на ОаАз, работающего при температуре 77 К на одном типе колебаний, дали значение, меньшее 100 кГц [26), Для работы с одним типом колебаний в общем случае требуется снязь с внешней системой, селектируюшей тип колебаний.
В обычном лазере на ОаАз энергия генерации распределяется по нескольким продольным тинам колебаний резонатора Фабри †Пе и даже по не осевым типам, смещенным на несколько долей нм, если резонатор настроен недостаточно тщательно. При повышении рабочей температуры структура колебаний становится более сложной, а ширина линии увеличивается.
В дополнение к этому при работе с импульсами большого тока температура перехода значительно повышается (до !О' С) и лазер в течение импучьса рыскает по частоте в диапазоне длин волн около 2,5 нм. Пространственная когерентность лазера на ОаАз не имеет ясно вырзженной температурной зависимости. При любой температуре только часть ширины перехода генерирует излучение. Во многих случаях генерация соэдается в нескольких маленьких участках перехода, в других — оказывается генерирующей половииз или ббльшая часть перехода.
По этой причине диаграмма излучения перехода всегда шире, чем предсказывает дифракционная теория. Обыч. но переход шириной 250 мкм (в плоскости перехода поперечной срезам или излучающим концам) испускает с шириной 5'. Согласно'(6) ширина луча должна быть 0,25'. Ширина луча в плоскости, перпендикулярной плоскости перехода, равна 20 — 40'. В этом случае она связана с дифракционпыми ограничениями, но поскбльку толщина активной части перехода имеет величину только от 1 до 2 мкм, а длина волны 0,9 мкм, то ширина луча в этой плоскости соответствует значению, даваемому формулой (6). Для формирования необходимых видов диаграмм излучения лазера на ОаАз может использоваться внешняя оптическая система, но отсутствие хорошей пространственной когерентнбсти в плоскости перехода накладывает практические ограничения на минимальную достижимую ширину луча в этой плоскости.
Привлекательной чертой инжекционных лазеров является легкость, с которой можно модулировать их излучение. В лазере на ОаАз [27) при ?7 К наблюдалось время нарастания колебания 0,2 нс. 1!ри комнатной температуре можно получить время нарастания в несколько наносекунд. Ограничение во времени нарастания в большей степени связано с цепями питания, а не с собственно лазером. Модуляция поднесущих на сверхвысоких частотах [28) непосредственно может быть осуществлена в лазере, работающем в непрерывном режиме, или наложена на лазер, работающий в импульсном режиме. Лазерная инжекционная генерация наблюдалась также в смесях Оа (Аз — Р), !пАз, (Оа — )п), Аз и 1пЯЬ.
Они пе екрывают различные участки диапазона длин волн от 650 нм до 5,2 мкм [21~. Все указанные выше полупроводники относятся к соединениям группы А"'В'т или сплавам соединений группы А"тВтч. Лазерная генерация была также получена в РЬТе и РЬ3е, которые относятся к соединениям группы А'тВ". Они имеют запрещенную зону с прямыми оптическими переходами и генерируют излучение с длинами волн 6,5 и 8,5 мкм соответственно [3). Решетки нз полупроводниковых лазеров.
Выходная мощность одиночного лазера ограничена неоднородностями тока и допустимой мощностью рассея- 315 г.. л. У. Оптические локаторы ния. Поэтому, чтобы получить от лазе ного п при 77 К, мощность более 100 Вт 300 К импульсную должна быть ы~м~овм~ пп резвычайно малые азм ня ру па лазеров. Так как пол олупроводни. так требуетс тольк~ эле трич еский контакт, соста уляцин с влепив "Ру"пы илн Реш ительно несложную задачу.
ия ольшей выхо дной мощности представляет отноеткн иэ Одна из простейших конструкций состо дают изл ч мых от одного и того ж е источника или гене ато а состоит из нескольких лазеро, в, питае- Р тор нмпульсоз Все лазер~ С . и диаметром около 1 см лепс со иратель- с а и сколько десятых миллирад .
От иана. От 10 ко достигается ширина л дд тинным сложением мо й до 100 инжекциониых ла учв див мет ром не~колько саню~ж~ м мощностей в л че мог лазеров ет . С о метода можно получить етров. С помощью таког в куге 100 Вт ичн более Эта к н о струкция с отдельными линза и дого лазе а н ера наиболее выгодна, когда требуется получить узкий луч и высок ю ь. экий луч пол чается в результате сложения л й, ленных в я луче, направняя мо н в одну сторону, а высокая с редмежд л щ ость — за счет промеж у азерами, обеспечивающих возуткав можность теплоотвода, На ис.
а А р ""' этого типа с лазерами 3 з [29[. нв Если о д пустимы более широкие луные дио ы чи и меньшие средние мошно ости, лазер- виде неп е лы могут быть скомпонов аны в на рис. 11, и е р рынной структуры, показ анной решетка в целом может использоваться для обл ч у ения однон сои решетка помеьно линзы. Есл линзы, эйе г в фокусе простой собирательно" р ия, испускаемая каждым ла вером решетки, несмотря н з, ря на окуснровдет а си е прохождения через л бинзу уазл р ространяться в простра странстве в н р ичных направлениях ( . '9.4 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
