Diody świecące i lasery półprzewodnikowe

Od poziomów energetycznych w atomie do pasm energetycznych w krysztale Energia Pasma energetyczne Poziom 1 Poziom 2 Odległość atomów

Pasmo, czyli zbiór poziomów energetycznych

Złącze p-n elektron dziura Energia What is a Diode?

Złącze p-n Złącze p-n spolaryzowane w kierunku przewodzenia Energia emitowanego promieniowania pochodzi z rekombinacji pary dziura–elektron w półprzewodniku Elektron i dziura spotykając się w obszarze złącza mogą ulec rekombinacji promienistej - energia w całości lub większej części jest przekazywana fotonowi i wraz z nim wypromieniowana kierunek przepływu prądu P N + – kierunek ruchu elektronów

Krzem i jego własności How Semiconductors Work

Typ n „wolny” elektron Pasmo przewodzenia Poziomy donorowe Pasmo walencyjne Pasmo przewodzenia Poziomy donorowe

Typ p Pasmo walencyjne Pasmo przewodzenia Poziomy akceptorowe Dziura

Homozłączowe diody DEL

Powierzchniowa dioda elektroluminescencyjna

Dioda superluminescencyjna

Rodzaj półprzewodnika decyduje o długości emitowanej fali Materiał Długość fali [μm] AlGaInP 0,65-0,68 Ga0,5In0,5P 0,67 Ga1-xAlxAs 0,62-0,9 GaAs 0,9 In0,2Ga0,8As 0,98 In0,73Ga0,27As0,58P0,42 1,31 In0,58Ga0,42As0,9P0,1 1,55

Rezonator

Moc emitowana przez laser półprzewodnikowy od prądu Dla zainicjowania akcji laserowej prąd zasilający musi mieć odpowiednią wartość zwaną prądem progowym I Zmiany natężenia prądu zmieniając ilość wstrzykiwanych nośników przekładają się na modulację natężenia emitowanego światła Moc świetlna Emisja wymuszona Emisja spontaniczna Natężenie prądu Prąd progowy

Charakterystyki widmowe lasera półprzewodnikowego poniżej progu wzbudzenia – dioda elektroluminescencyjna powyżej progu wzbudzenia – dioda laserowa dioda laserowa  = 0,15 [nm]  = 4,5 [nm] dioda elektroluminescencyjna 0,851 0,849 0,847 0,845 0,843 0,841 0,839  [m]

Geometria wiązki lasera pp

Laser z emisją krawędziową, z rezonatorem Fabry-Perota Britney's Guide to Semiconductor Physics

Pasma dla heterostruktury NpP (n+pp+) AlGaAs/GaAs/AlGaAs

Lasery o właściwościach wyznaczonych przez wzmocnienie optyczne W laserach tych prąd jest wstrzykiwany jedynie w wąskim pasku. Takie lasery są nazywane laserami o geometrii paskowej Wstrzykiwanie to powoduje zmienny rozkład nośników w płaszczyźnie złącza, z maksimum w środku paska, pokrywającym się, z maksimum wzmocnienia optycznego Rejon dyfuzyjny typu p n - AlGaAs Warstwa aktywna p - GaAs p - AlGaAs n - GaAs + –

Lasery, z prowadzeniem światła jest przez odpowiednie ukształtowanie współczynnika załamania Falowód ten jest wykonany przez wprowadzenie odpowiednich skokowych zmian współczynnika załamania W tych laserach obszar, w którym prowadzone jest światło, określono przez uformowanie falowodu wzdłuż złącza Kontakt SiO2 Warstwa aktywna lnGaAsP p - lnP n - lnP n+ - lnP Podłoże

Lasery z wieloma studniami kwantowymi (MQW) ~>hf Rejon aktywny Bariera Pasmo przewodzenia Pasmo walencyjne

Lasery z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym i odbiciem Bragga Warstwa aktywna p n Siatka Warstwa aktywna p n DBR DFB DBR

Trzysekcyjny laser DBR Sterowanie fazą p - lnP Warstwa aktywna Siatka Falowód n - lnP IA IP IG

Najnowsze osiągnięcia i konstrukcje Lasery VCSEL (vixel) Lasery niebieskie

Różne typy laserów typu VIXEL Britney's Guide to Semiconductor Physics

Metalic Reflector VCSEL

Etched Well VCSEL

Air Post VCSEL

Burried Regrowth VCSEL

Podsumowanie Lasery półprzewodnikowe, ciągle udoskonalane, obejmujące coraz szerszy zakres widma częstości i generujące promieniowanie nawet o znacznych mocach stanowią prawdziwy przełom w technice laserowej Są produkowane masowo i stosowane w wielu powszechnie używanych urządzeniach Dzięki takim zaletom, jak małe wymiary, łatwość modulacji emitowanego promieniowania, niezawodność pracy i proste zasilanie znalazły szerokie zastosowanie jako źródło modulowanego promieniowania w telekomunikacji światłowodowej W sprzęcie powszechnego użytku stosuje się lasery w odtwarzaczach i napędach optycznych przy odczycie informacji optycznej zapisanej na płytach CD