Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Мая 2013 в 06:47, курсовая работа
Первый квантовый генератор оптического диапазона был создан Т.Мейманом (США) в 1960 г. Начальные буквы основных компонентов английской фразы “LightAmplificationbystimulatedemissionofradiation” (Усиление света с помощью индуцированного излучения) и образовали название нового прибора – лазер. В качестве источника излучения в нём использовался кристалл искусственного рубина, генератор работал в импульсном режиме. Год спустя появился первый газовый лазер с непрерывным излучением (Джаван, Беннет, Эриот - США). А ещё через год одновременно в СССР и США был создан полупроводниковый лазер.
Введение
1. Классификация
2. Принцип действия
3. Зонные диаграммы в равновесном состоянии и при внешнем смещении
4. Аналитическое и графическое представление вольтамперной характеристики
5. Выбор и описание работы типовой схемы включения
6. Расчёт элементов выбранной схемы
7. Заключение
8. Библиографический список
Когда прямое смещение на p-n переходе достаточно велико, чтобы позволить электро-
нам распространяться по зоне проводимости (или дыркам по валентной зоне), имеет место инжекционный характер протекания тока (см. рис 1).
Рис. 1: Зонная диаграмма p-n перехода: а) без смещения, б) при положительном смещении.
С целью уменьшения пороговой плотности тока были реализованы лазеры на гетероструктурах (с одним гетеропереходом – n-GaAs–pGe, p-GaAs–nAlxGa1-xAs; c двумя гетеропереходами – n-AlxGa1-xAs – p-GaAs – p+-AlxGa1-xAs. Использование гетероперехода позволяет реализовать одностороннюю инжекцию при слаболегированном эмиттере лазерного диода и существенно уменьшить пороговый ток. Схематично одна из типичных конструкций такого лазера с двойным гетеропереходом изображена на рисунке 1. В структуре с двумя гетеропереходами носители сосредоточены внутри активной области d, ограниченной с обеих сторон потенциальными барьерами; излучение также ограничено этой областью вследствие скачкообразного уменьшения показателя преломления за ее пределы. Эти ограничения способствуют усилению стимулированного излучения и соответственно уменьшению пороговой плотности тока. В области гетероперехода возникает волноводный эффект, и излучение лазера происходит в плоскости, параллельной гетеропереходу. [2]
Рис.1
Зонная диаграмма (а, б, в) и структура (г) полупроводникового лазера на двойном гетеропереходе
а) чередование слоев в лазерной двойной n–p–p+ гетероструктуре;
б) зонная диаграмма двойной гетероструктуры при нулевом напряжении;
в) зонная диаграмма лазерной
двойной гетероструктуры в
г) приборная реализация лазерного диода Al0,3Ga0,7As (p) – GaAs (p) и GaAs (n) – Al0,3Ga0,7As (n), активная область – слой из GaAs (n) [2, 54]
Активная область представляет собой слой n-GaAs толщиной всего 0,1–0,3 мкм. В такой структуре удалось снизить пороговую плотность тока почти на два порядка (~ 103 А/см2) по сравнению с устройством на гомопереходе. В результате чего лазер получил возможность работать в непрерывном режиме при комнатной температуре. Уменьшение пороговой плотности тока происходит из-за того, что оптические и энергетические характеристики слоев, участвующих в переходах таковы, что все инжектированные электроны и оставшиеся дырки эффективно удерживаются только в активной области; лазерный пучок сосредоточен также только в активной области, где и происходит его основное усиление и распространение; лазерный пучок не испытывает по этим причинам поглощения в областях, соседних с активной. Длина волны излучения такого лазера (l = 0,85 мкм) попадает в диапазон, в кото-ром оптический волоконный кварц имеет минимум потерь. В настоящее время разработаны и широко внедряются лазеры на материалах GaAs с присадками In, P и др. с l = 1,3 и 1,6 мкм, также попадающие в окна прозрачности оптического кварца. Уменьшением ширины полоски лазеров с полосковой геометрией удалось довести пороговый ток до 50 мА, КПД до 60% (величина, рекордная для всех видов существующих в настоящее время лазеров). [3]
Устройство, состоящее из p-n-перехода, называется полупроводниковым диодом. Диод пропускает ток в одном направлении, но не пропускает в другом (Рис. 2). У диода есть 2 электрода: анод – вывод, соединённый с р-областью и катод – вывод, соединённый с n-областью.
Рис. 2
На рисунке 3 изображена вольт-амперная характеристика диода. Если прямое напряжение будет очень маленькое, ток не пойдёт, так как p-n-переход представляет собой некоторый барьер, преодолеть который можно, приложив достаточное напряжение. В этом случае ток почти линейно зависит от напряжения. Если приложить обратное напряжение, ток будет отсутствовать или будет очень слабым в широком диапазоне напряжений. Но при некотором значении обратного напряжения наступит пробой p-n-перехода, и ток лавинообразно возрастёт.
Рис. 3. вольт-амперная характеристика диода
[4]
ЛПИ-101
Рис. 4. Схема включения ЛПИ-101
Рис 5. Схема подключения ЛПИ-101
R1 – 9,1 кОм R2 – 9,1 кОм
R3 – 200 Ом R4 – 51 Ом
R’ш – шунтирующий резистор, переменная величина индивидуальная для каждого лазера, обеспечивающая заявленную в паспорте выходную мощность лазерного излучения. Указывается в паспорте конкретного лазера с индивидуальным номером. Диапазон R’ш = 0,91 ÷ 100 кОм
С1 – 2200 пФ
VD1 – Российский диод КД522Б, либо его аналог.
|
|
Примечания. Pи.ср – средняя мощность импульса излучения. αизмер. – угол, в котором измеряется мощность. Тизмер. – температура, при которой измеряется мощность. ∆Pи.ср./Pи.ср. – нестабильность мощности, т.е. «дрожание» вершины импульса излучения. τизл. – длительность импульса излучения. Iпотр. – ток потребления лазера от источника питания. λизл. – длина волны излучения. Fповт. – частота повторения импульсов излучения. τзад. – длительность фотоответа лазера. Uпит. – напряжение питания лазера. Uзап. - амплитуда импульсов запуска. τзап. - длительность импульса запуска. W – ширина резонатора лазерного кристалла или размер тела свечения. ΔТраб. – диапазон рабочих температур [5] |
Библиографический список
492 с