Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Параметры гелий-неоновых активных сред

Стр 1 из 2Следующая ⇒




Переход l, мкм Коэффициент усиления Удельная мощность, Вт/м Потребляемая удельная мощность, Вт/м
3s2 ® 2p4 0,6328 2 × 10-4/R0 0,05  
2s2 ® 2р4 1,1523 5 × 10-4/R0 0,03  
3s2 ® 3p4 3,3913 2 × 102/R0 0,1  
 
1. Введение   Первые полупроводниковые лазеры были созданы в 1962 г. почти одновременно несколькими группами исследователей на основе p–n-перехода арсенида галлия (GaAs). Впоследствии были использованы не только другие материалы, но и другие методы возбуждения полупроводниковых лазеров (оптическая накачка, возбуждение электронным пучком). Характерной особенностью полупроводниковых лазеров является то, что в них используются переходы не между дискретными уровнями, а между зонами разрешенных энергий с высокой плотностью состояний. В связи с этим коэффициенты усиления могут быть соразмерными с коэффициентами фундаментального поглощения (102-105 см-1), и все энергетические потери (основные внутренние потери в полупроводниках связаны с поглощением свободных носителей) могут быть скомпенсированы на длине порядка микрона. Высокая концентрация активных атомов позволяет получать генерацию в очень малых объемах рабочих тел. C практической точки зрения наиболее существенны следующие достоинства полупроводниковых лазеров: 1) компактность, обусловленная гигантским коэффициентом усиления в полупроводниках; 2) большой КПД, обусловленный высокой эффективностью преобразования подводимой энергии в лазерное излучение при накачке достаточно совершенных полупроводниковых монокристаллов электрическим током; 3) широкий диапазон длин волн генерации, обусловленный возможностью выбора полупроводникового материала с шириной запрещенной зоны, соответствующей излучению на переходах зона - зона практически в любой точке спектрального интервала от 0.3 до 30 мкм; 4) плавная перестройка длины волны излучения, обусловленная зависимостью спектрально-оптических свойств полупроводников и, прежде всего, ширины
     
 
 
 

               
 
запрещенной зоны от температуры, давления, магнитного поля и т. д.; 5) малоинерционность, обусловленная малостью времен релаксации и практически безынерционностью создания неравновесных электронов и дырок при накачке электрическим током, приводящая к возможности модуляции излучения изменением тока накачки с частотами, достигающими 10 ГГц; 6) простота конструкции, обусловленная возможностью накачки постоянным током и приводящая к совместимости полупроводниковых лазеров с интегральными схемами полупроводниковой электроники, устройствами интегральной оптики и волоконных оптических линий связи. Недостатки полупроводниковых лазеров являются, как это часто бывает, продолжением их достоинств. Малые размеры приводят к низким значениям выходной мощности или энергии. Кроме того, полупроводниковые лазеры, как и все приборы полупроводниковой электроники, чувствительны к перегрузкам (разрушаются при потоках оптического излучения в несколько мегаватт на квадратный сантиметр) и к перегреву, приводящему к резкому повышению порога самовозбуждения и даже к необратимому разрушению при нагреве свыше некоторой характерной для каждого типа лазера температуры. Лазерная генерация получена при использовании многих различных полупроводниковых материалов, общим числом в несколько десятков. Эти материалы, кроме обычного требования чистоты и монокристалличности, должны обладать высокой оптической однородностью и малой вероятностью безызлучательной рекомбинации электронов и дырок. Длина волны генерации полупроводниковых лазеров может меняться при изменении химического состава лазерного полупроводникового материала. Все это позволяет, используя полупроводниковые лазеры, непрерывно перекрыть частотный диапазон, соответствующий спектральному интервалу длин волн 0.32 ¸ 32 мкм.
 
плотность электронов в плазме газового разряда и, следовательно, увеличивается число возбужденных атомов Ne в состояниях 2s и 3s за счет процессов, связанных с прямым электронным возбуждением. При больших плотностях тока начинает играть роль ступенчатое возбуждение уровней 3p и 2p, т. е. нижних уровней рабочих переходов. Скорость возбуждения этих уровней примерно пропорциональна квадрату концентрации электронов, а скорость прямого электронного возбуждения верхних рабочих уровней примерно линейно зависит от концентрации электронов. В результате при больших величинах разрядного тока инверсная населенность рабочих переходов снижается и мощность генерации падает. Зависимость выходной мощности лазера от общего давления газовой смеси также связана с двумя факторами. Сначала с повышением общего давления газовой смеси растет общее число атомов He и Ne и, следовательно, число возбужденных состояний атома Ne. Поэтому при малых общих давлениях газовой смеси мощность генерации увеличивается с ростом давления смеси. Но затем начинает играть роль другой фактор – уменьшение эффективной электронной температуры в плазме газового разряда с ростом общего давления газовой смеси. Уменьшение эффективной электронной температуры ведет к резкому уменьшению числа электронов, участвующих в создании инверсной заселенности. В результате мощность генерации при больших величинах общего давления газовой смеси падает. Мощность генерации лазера на смеси He–Ne существенно зависит также от парциальных давлений He и Ne в газовой смеси, ибо в создании инверсии населенностей рабочих уровней большое значение имеет процесс передачи возбуждений от атома He к атому Ne. Чем больше парциальное давление He, тем более вероятен такой процесс. Однако слишком большое парциальное давление He в газовой смеси допускать нельзя, т. к. это связано с увеличением общего давления газовой смеси и, следовательно, с уменьшением электронной температуры
 
   
 
 
 

               
 
Давление газа в трубке Уменьшение выходной мощности при р >1 мм рт. ст. связано с понижением энергии и длины свободного пробега электронов и с уменьшением их эффективной концентрации. Кроме того, замедляется диффузия к стенкам     » 1 мм рт. ст.  
Соотношение парциальных давлений компонент Влияет на условия инверсной заселенности He: Ne @ 10: 1 для 0,6328 мкм
Величина разрядного тока Уменьшение выходной мощности при больших разрядных токах обусловлено заселением нижних рабочих состояний и уровня 1s   » 40 мА
  Геометрия трубки Конкуренция таких факторов: рабочий объем, диффузия к стенкам и электронная температура   Диаметр» 8 мм

 

Мощность генерации лазера на смеси He–Ne зависит от величины разрядного тока, общего давления газовой смеси, соотношения между компонентами газовой смеси, диаметра газоразрядной трубки (табл. 2). Качественно зависимости мощности от перечисленных параметров одинаковы для всех трех лазерных переходов (1.15, 3.39, 0.63 мкм) и могут быть пояснены следующим образом.

Мощность генерации лазера на смеси He–Ne с увеличением разрядного тока сначала растет, но при очень больших величинах разрядного тока падает. Повышение мощности объясняется тем, что с увеличением тока растет
 
Полупроводниковые лазеры могут генерировать как в импульсном, так и в непрерывном режиме.   2. Элементарные сведения о полупроводниках   Полупроводники могут быть монокристаллическими, поликристаллическими, аморфными и жидкими веществами. Наибольший интерес представляют полупроводниковые монокристаллы. Известно, что энергетический спектр идеального полупроводникового кристалла (кристалл без дефектов и примесей) состоит из широких полос разрешенных состояний электронов – зоны проводимости и валентной зоны, разделенных зоной запрещенных состояний (запрещенная зона). И в валентной зоне и в зоне проводимости энергетические состояния электронов образуют практически непрерывный спектр. В идеальном полупроводниковом кристалле при температуре абсолютного нуля все электроны находятся в валентной зоне (она полностью занята электронами). Зона проводимости полностью свободна (в ней нет электронов). В этом случае полупроводник не может проводить электрический ток и является изолятором. При ненулевой температуре часть электронов за счет теплового движения переходит из валентной зоны в зону проводимости, а в валентной зоне в результате такого перехода появляются свободные места – дырки. Дырка эквивалентна частице с положительным зарядом. Чем выше температура полупроводника, тем больше электронов в зоне проводимости и тем больше дырок в валентной зоне. Если теперь (идеальный полупроводник при ненулевой температуре) к полупроводнику приложить напряжение, то через него потечет электрический ток.
 
   
 
 
 

               
 
Рис. 1. Энергетический спектр и схема излучательных переходов в полупроводнике В образовании тока принимают участие не только электроны в зоне проводимости, но и дырки, так как они позволяют электронам менять свое положение в валентной зоне, не переходя в зону проводимости (в валентной зоне происходит движение дырок). Поэтому и электроны, и дырки называют носителями заряда. Отметим, что в идеальном полупроводниковом кристалле число электронов в зоне проводимости и число дырок в валентной зоне равны. В полупроводнике, у которого часть атомов исходного вещества заменена атомами других элементов (так называемый примесный полупроводник), картина заметно отличается от описанной ранее, так как существенную роль начинают играть примеси. Во-первых, кроме валентной зоны и зоны проводимости появляются дополнительные энергетические уровни, лежащие в пределах запрещенной зоны. Примеси и соответствующие им энергетические уровни делятся на донорные и акцепторные. Доноры – это примеси, энергетические уровни которых расположены близко к валентной зоне. Акцепторы легко захватывают электроны из валентной зоны, оставляя там дырки. Как правило, уровни примеси локализуются вблизи соответствующего центра, тогда как энергетические состояния в зонах принадлежат всему полупроводнику. Энергетический спектр примесного полупроводника представлен на рис. 1, где кроме зоны проводимости и
 
1,4 1,4
0,29 0,8 1,3

 

Таким образом, использование буферного газа — гелия — позволяет осуществить селективное заселение только 2s и 3s состояний неона. Так как время жизни этих состояний приблизительно на порядок больше времени жизни 2p и 3p (t2s2» 1,5 × 10–7 с, t3s2» 2 × 10–7 с, t2p4» 1,5 × 10–8 с), то между {2s, 3s} и {2p, 3p} состояниями неона образуется инверсная заселенность.

Основные переходы:

3s2 ® 2p4 [0,6328 мкм],

2s2 ® 2р4 [1,1523 мкм],

3s2 ® 3p4 [3,3913 мкм].

С уровней 3p4 и 2p4 атомы спонтанно переходят на метастабильный уровень 1s.

Последний освобождается только за счет соударений атомов со стенками (диффузия к стенкам), если в газовой смеси нет иных примесей.

Таблица 2

12Следующая ⇒

Date: 2015-05-18; view: 475; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...


mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию