Diody świecące i lasery półprzewodnikowe

Prezentacja na temat: "Diody świecące i lasery półprzewodnikowe"— Zapis prezentacji:

1 Diody świecące i lasery półprzewodnikowe

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

3 Pasmo, czyli zbiór poziomów energetycznych

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

5 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

6 Krzem i jego własności How Semiconductors Work

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

8 Typ p Pasmo walencyjne Pasmo przewodzenia Poziomy akceptorowe Dziura

9 Homozłączowe diody DEL

10 Powierzchniowa dioda elektroluminescencyjna

11 Dioda superluminescencyjna

12 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

13 Rezonator

14 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

15 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]

16 Geometria wiązki lasera pp

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

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

19 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 + –

20 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

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

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

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

24 Najnowsze osiągnięcia i konstrukcje
Lasery VCSEL (vixel) Lasery niebieskie

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

26 Metalic Reflector VCSEL

27 Etched Well VCSEL

28 Air Post VCSEL

29 Burried Regrowth VCSEL

30 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