Полупроводниковые лазеры

Полупроводниковые лазеры испускаю когерентное излучение в видимом, УФ или ИК диапазоне; в качестве активной среды применяются полупроводниковые кристаллы.

В создании полупроводникового лазера приоритет принадлежит советским ученым. Уже в 1958 г. Н. Басовым и его сотрудниками было указано на возможность использования полупроводниковых материалов в качестве активных сред. И тогда же отмечалось, что применение полупроводников даст возможность непосредственно преобразовывать энергию электрического тока в энергию когерентного излучения.

Принцип работы полупроводникового лазера можно объяснить следующим образом. согласно квантовой теории электроны в полупроводнике могут занимать две широкие энергетические полосы. Нижняя представляет собой валентную зону, а верхняя – зону проводимости. В нормальном чистом полупроводнике при низкой температуре все электроны связаны и занимают энергетический уровень, расположенный в пределах валентной зоны. Если на полупроводник подействовать электрическим током или световыми импульсами, то часть электронов перейдёт в зону проводимости. В результате перехода в валентной зоне окажутся свободные места, которые в физике называются «дырками». Эти дырки играют роль положительного заряда. Произойдёт перераспределение электронов между уровнями валентной зоны и зоны проводимости, и можно говорить в определённом смысле, о перенаселённости верхней энергетической зоны. В некоторых полупроводниках, подобных арсениду галлия[5], в результате обратного перехода электронов из зоны проводимости с более высокого уровня в валентную зону и их соединения с дырками, т. е. при рекомбинации разноимённых носителей заряда, происходит излучение фотонов.

Для уменьшения запрещённой зоны в полупроводник вводят примеси, которые создают отдельные местные энергетические зоны. Чтобы создать инверсную населённость, используют различные методы – либо перевозбуждают с помощью оптического излучения, либо ударной ионизацией, либо с помощью импульсов электрического тока. При этом сравнительно легко получить КПД около 40 – 50%.

Полупроводниковые лазеры бывают: