Полупроводниковый инжекционный лазер; условия достижения инверсной населенности в области p-n перехода, условия усиления и генерации в лазерах на p-n переходах.

 

 

Полупроводниковый лазер, полупроводниковый квантовый генератор, лазер с полупроводниковым кристаллом в качестве рабочего вещества. В Полупроводниковый лазер, в отличие от лазеров др. типов, используются излучательные квантовые переходы не между изолированными уровнями энергии атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами кристалла

В Полупроводниковый лазер применяют следующие методы накачки: 1) инжекция носителей тока через р—n-переход (см. Электронно-дырочный переход), гетеропереход или контакт металл — полупроводник (инжекционные лазеры); 2) накачка пучком быстрых электронов; 3) оптическая накачка; 4), накачка путём пробоя в электрическом поле. Наибольшее развитие получили Полупроводниковый лазер первых двух типов.

Для наблюдения люминесценции необходимо применить какой-либо способ возбуждения (накачки) кристалла, т. е. способ генерации избыточных электронно-дырочных пар (светом, быстрыми электронами или электрическим полем). При малой скорости образования избыточных электронно-дырочных пар излучательная рекомбинация носит беспорядочный (спонтанный) характер и используется в нелазерных полупроводниковых источниках света (см. Светоизлучающий диод). Чтобы получить генерацию когерентного излучения, т. е. лазерный эффект, необходимо создать особое состояние люминесцирующего кристалла — состояние с инверсией населённостей.

Инверсия населённостей в полупроводниках. Оптическое квантовое усиление в полупроводнике может наблюдаться в том случае, если зона проводимости вблизи её дна Ec заполнена электронами в большей степени, чем валентная зона вблизи её потолка Eu. Преобладание числа переходов с испусканием квантов над переходами с их поглощением обеспечивается тем, что на верхних уровнях находится больше электронов, чем на нижних, тогда как вероятности вынужденных переходов в обоих направлениях одинаковы. Заполнение зон принято описывать с помощью т. н. квазиуровней Ферми, отделяющих состояния с вероятностью заполнения уровней больше 1/2 от состояний с вероятностью заполнения меньше 1/2. Если и — квазиуровни Ферми для электронов и дырок, то условие инверсии населённостей относительно переходов с энергией hn (где n — частота излучения)

Акустоэлектронные приборы и устройства для обработки сигналов: генераторы ПАВ, линии задержки, фильтры, резонаторы, ответвители - устройство, принцип работы, основные характеристики, области использования.

 

 

В качестве звукопровода обычно применяется пластина, или стержень, или провод из пьезоэлектрического материала (например, ниобат лития LiNbO3, пьезокварц SiO2, германат висмута Bi12GeO20, пьезокерамика) с тщательно отполированной поверхностью, на которой расположены электромеханические преобразователи: входной и выходной. Эти преобразователи обычно выполняются в виде гребенчатых электродов из тонкой металлической пленки толщиной 0, 1-0, 5 мкм. Из называют встречно-штыревыми преобразователями (ВШП). К входному ВШП подключен источник электрического сигнала, и в звукопроводе возникает ПАВ. А в выходном преобразователе, к которому подключена нагрузка, возникает электрический сигнал.

Основные параметры преобразователей на ПАВ - вносимое затухание, входное и выходное сопротивление, частотная избирательность, полоса пропускаемых частот. Все эти параметры зависят главным образом от устройства ВШП.

АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА - раздел акустики, на стыке акустики твёрдого тела, физики полупроводников и радиоэлектроники. А. занимается исследованием принципов построения УЗ-устройств для преобразования и обработки радиосигналов.

Резонаторы на ПАВ (поверхностных акустических волнах) весьма успешно зарекомендовали себя в качестве элемента стабилизации частоты задающего генератора для маломощных передающих устройств. Такие устройства, благодаря техническим возможностям резонаторов ПАВ, нашли весьма широкое применение в радиотехнических системах малого радиуса действия.

Электрический высокочастотный сигнал посредством преобразователей создаёт на поверхности кварца механические (акустические) колебания, распространяющиеся в виде волны. Такая волна получила название - поверхностная акустическая волна (ПАВ). Скорость ПАВ в кварце в 100000 раз меньше скорости электромагнитной волны. Медленное распространение акустической волны является основой миниатюризации приборов ПАВ. Максимальная эффективность преобразования достигается на частоте синхронизма, то есть на такой частоте подводимого электрического сигнала, когда длина волны акустических колебаний совпадает с пространственным периодом электродов преобразователя. На частоте 433, 92 МГц длина волны акустических колебаний составляет 7 мкм.

Две решётки на частоте синхронизма работают как два зеркала, отражая акустическую волну. За счёт сохранения и накопления энергии механических колебаний в области между решётками на резонансной частоте образуется высокодобротная колебательная система. Длина всей системы составляет несколько сотен длин волн. При этом общая длина кварцевой подложки резонатора с частотой 433, 92 МГц не превышает 3 мм.

Существует три основных типа резонаторов: одновходовый, двухвходовый и связанный. Все три типа резонаторов при массовом производстве выпускаются в корпусе с тремя выводами: два изолированных, а один - соединён с корпусом. В соответствии с ростом спроса мирового рынка на резонаторы в керамическом корпусе, которые монтируются на поверхность (SMD), промышленность наращивает объёмы их выпуска.

 

Ли́ ния заде́ ржки — устройство, предназначенное для задержки электрических и электромагнитных сигналов на заданный промежуток времени (фиксированный, переключаемый или с плавной регулировкой). Линии задержки (ЛЗ) широко применяются в радиоэлектронике — в радиолокации и радионавигации, измерительной технике, вычислительной технике и автоматике, электроакустике (ревербераторы), технике связи, в научных исследованиях.

 

Полосовые фильтры на ПАВ, по существу, представляют собой линии задержки с частотно-селективными свойствами. Такие фильтры могут быть сделаны на различные рабочие частоты и полосы частот. В узкополосных фильтрах относительная полоса частот может быть в пределах 0, 01-1%. Сверхузкополосные и сверхширокополосные фильтры имеют высокую избирательность. Вносимое затухание не более 3 дБ. Для повышения избирательности иногда применяют каскадное включение нескольких фильтров. Размеры электродов у фильтров на частоты 1-2 ГГц. составляют единицы микрометров и менее. Подобные микрофильтры изготавливаются методами фото-, рентгеновской или электронно-лучевой литографии.

ПАВ резонаторы используют эффект поверхностных акустических волн и в отличие от кварцевых резонаторов, использующих пьезоэлектрический эффект, имеют большую частоту (диапазон частот от 100МГц до 1.1ГГц) и меньшую стабильность (от 20 до 200кГц (30-250ppm)).

Многополосковый ответвитель(МПО) используется в устройствах на ПАВ для переизлучения энергии акусти­ческой волны из одного пространственного канала в другой. Такой ответвитель представляет собой систему проводящих электродов, нанесенных на поверхность пьезоэлектрическо­го звукопровода параллельно фронту поверхностной волны

Билет№3

Инжекционный ДГС-лазер. Важнейшие особенности гетеропереходов которые определяют их преимущества по сравнению с гомопереходами при создании инжекционных лазеров и светодиодов. основные выходные характеристики инжекционных лазеров.

Для работы лазера требуется, чтобы стимулированная фотонная рекомбинация преобладала над поглощением фотонов. Это соотношение зависит от населенности энергетических уровней в кристалле. В состоянии термодинамиче­ского равновесия число электронов в валентной зоне во много раз больше, чем в зоне проводимости, поэтому поглощение света пре­обладает над вынужденным излучением. Для преобладания сти­мулированной фотонной рекомбинации необходимо, чтобы кон­центрация электронов в зоне проводимости была выше их кон­центрации в валентной зоне. Такое состояние называют инверсной населенностью уровней. Поглощение фотонов в кристалле с ин­версной населенностью энергетических уровней мало, так как вблизи верхней границы валентной зоны отсутствуют электроны, которым фотон передает энергию при поглощении.

Отмеченные недостатки лазеров на гомопереходах устраняются, если в инжекционных лазерах используют гетеропереходы с р-i-n-структурой (или с р-п-п+, п-р-p+-структурой). В таком лазере средняя область состоит из полупроводника с меньшей шириной запрещенной зо­ны, а примыкающие к ней области – из полупроводников с боль­шей шириной запрещенной зоны. При прямом направлении напря­жения для р-п-перехода происходит инжекция электронов и ды­рок в среднюю область, где они рекомбинируют с излучением све­та. Инверсная населенность в гетеропереходах обеспечивается при высоком уровне инжекции носителей заряда в среднюю область с узкой запрещенной зоной, поэтому нет необходимости в сильном легировании. Пороговая плотность тока в гетеролазерах снижает­ся на порядок, а квантовый выход повышается с 2 – 3 до 70 %.

 

 

2. Акустооптические приборы и устройства для управления излучением: акустооптический модулятор, дефлектор, фильтр - устройство, требования к используемым материалам, принцип работы, основные характеристики, области использования.

Акустооптический модулятор (АОМ) — устройство для изменения интенсивности пропускаемого света, вследствие его дифракции на решётке, образуемой в стекле в результате пространственной модуляции показателя преломления акустической волной.

Акустооптический дефлектор представляет собой простой твердотельный сканер, в котором устранены недостатки присущие механическим сканерам из-за движущихся частей, ошибки граней и требования перенастройки из-за износа подшипников.

 

Акустооптические дефлекторы находят применение в устройствах, основанных на непрерывном отклонении лазерного луча (по одной оси (1D) или по двум осям (2D) ) и векторном (случайном) сканировании.

Самые интересные, важные и востребованные:

- сканеры;

- лазерные пинцеты;

- системы для лазерных RGB проекторов;

- лазерные сканирующие микроскопы и профилометры;

- измерители поверхности образцов по предопределенной точечной сетке.

 

Основные принципы дефлекторов

Как правило, в парателлурите (ТеО2) используется дифракция света на волне медленного сдвига акустической моды в кристаллографическом направлении (110), чтобы обеспечить наибольшую эффективность акустооптического взаимодействия.

АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР

управляемый фильтр, селективные свойства к-рого обусловлены взаимодействием с монохроматич. акустич. волнами лишь тех световых волн, длины к-рых с достаточной точностью удовлетворяют условию Брэгга - Вульфа (см. Дифракция). А. ф. позволяют выделять из широкого спектра оптич. излучения достаточно узкий интервал световых волн, к-рый можно перемещать по этому спектру в широких пределах, изменяя частоту акустич. волн. См. рис.

Билет№4

123Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. III. Контроль достижения целей курса
2. III. контроль достижения целей курса
3. IV. контроль достижения целей курса
4. IV. Основные условия культуры
5. IX. Порядок и условия заочного голосования (опросным путём).
6. MS Excel. Расчеты с условиями. Работа со списками
7. Абсолютная монархия в России (признаки, особенности, идеалогия, условия возникновения, реформы Петра первого)
8. Актуальные проблемы совершенствования деятельности налоговых органов РФ для реализации промышленно-торговой политики РФ в современных условиях хозяйствования
9. Актуальные проблемы совершенствования деятельности налоговых органов РФ для реализации промышленно-торговой политики РФ в современных условиях хозяйствования.
10. Аркадий Петров «Технология регенерации зубов»
11. Аудит в условиях компьютерной обработки данных
12. Безопасные условия труда на объекте проектирования.