Характеристики и параметры полупроводниковых лазеров

 

Инжекционные лазеры отличаются от других типов лазеров следующими характеристиками:

1. Высоким К.П.Д. от10% до 70%.

2. Широким диапазоном генерируемых длин волн- l» 0,32¸0,32 мкм.

3. Простотой накачки – непосредственное преобразование электрической энергии в оптическое излучение.

4. Возможностью прямой модуляции электрическим током до 10 ГГц (особенно это важно для использования в области оптической связи).

5. Очень малыми размерами: длина- 0.5 мм, ширина-0.4 мм,
высота-0.1 мм.

6. Низким напряжением накачки ~5¸10 В.

7. Механической надежностью.

8. Большим сроком службы (до 107 ч.)

Недостатками полупроводниковых лазеров являются малые мощности и большая расходимость луча.

В таблице 4.1. представлены некоторые полупроводниковые материалы, используемые для изготовления лазеров, и длины волн излучения.

 

Таблица 4.1.

№ Полупроводниковый материал Область спектра, в мкм
SiC, InGa, GaN, GaP, GaAsP 0,4 ¸0,7
GaAs, GaAlAs 0,7¸0,95
GaAsSb, AlGaAsSb, InGaAsP-InP 1,0¸2,1
InGaAsSb-GaSb, InGaAsSb-InAs, InAs, InGaAs 1,8¸4,0

 

 

Применения полупроводниковых лазеров

Полупроводниковые лазеры находят сегодня целый ряд важ­ных применений в различных областях. Впервые эти лазеры в больших масштабах использовались в качестве оптической считывающей головки в компакт-дисковых системах. Теперь эта область применения расширилась и включает в себя опти­ческие диски, используемые как постоянные или одноразовые запоминающие устройства. Для этих применений используются GaAS-лазеры, однако предпринимаются большие усилия для раз­работки полупроводниковых лазеров видимого диапазона, по­скольку более короткая длина волны позволяет считывать диски с более высокой поверхностной плотностью записи. В лазерах видимого диапазона в качестве активной среды применяется тройной сплав GaInP (или четверной сплав AlGaInP), а для p- и n-областей —GaAs. Выбором подходящего параметра со­става можно согласовать решетки обоих сплавов с GaAs, и к на­стоящему времени достигнута надежная работа при комнатной температуре в красной области спектра (λ = 680 нм) на основе GaInP. Кроме того, эти лазеры широко применяются в волоконно - оптической связи, причем опять же с GaAs, в то время как в будущем, наверное, для этой цели лучше подойдет лазер на чет­верном сплаве InGaAsP. Для применений в связи срок службы любого компонента должен составлять как минимум около 105 ч (т. е. больше 10 лет). В настоящее время срок службы промышленных устройств составляет 104 ч, а эксперименталь­ных около 5-105 ч. В настоящее время полупроводниковые ла­зеры на GaAs широко применяются для накачки Nd: YAG-лазеров в конфигурации с продольной накачкой. Для получения более высоких мощностей стержень из Nd: YAG можно также накачивать в поперечной конфигурации линейкой диодных лазе­ров. Как уже отмечалось, выходная мощность полоскового диод­ного лазера ограничена оптическим разрушением грани до ти­пичного значения около 50 мВт. С целью повышения мощности были разработаны линейки диодов с отдельными лазерными ка­налами, достаточно близко расположенными друг к другу, так что излучение всех этих каналов становится связанным, а фа­зы— синхронизованными. Таким путем была получена мощ­ность около 2 Вт от линейки из 40 лазерных каналов. В заклю­чение можно сказать, что для приложений полупроводниковые лазеры в настоящее время, по-видимому, играют наиважней­шую роль. Учитывая продолжающееся быстрое развитие этих лазеров, можно ожидать, что их роль в будущем значительно возрастет.

 

Оптические модуляторы

Модуляция- это изменение параметров светового луча в зависимости от управляющего (модулирующего) сигнала, несущего информацию. Различают две основные формы модуляции: внешнюю и прямую. При внешней модуляции поляризованный световой луч проходит вне источника света в модулятор, в котором в соответствии с передаваемым сигналом изменяется амплитуда или фаза излучения. В качестве внешних модуляторов применяются электрооптические, акустооптические и магнитооптические модуляторы.