Лазеры с распределенной обратной связью (РОС-лазеры), лазеры с распределенным брэговским отражением (РБО-лазеры).

Лазер с распределенной обратной связью (РОС) — инжекционный полупроводниковый лазер, обратная связь в котором создается за счет отражения световых волн от периодической решетки, создаваемой в активной среде.

 

Лазер с распределённым брэгговским отражателем, сокращённо РБО - лазер, где в качестве зеркал резонатора используется как минимум один распределённый брэгговский отражатель (РБО), находящийся вне активной среды (активного слоя).

РБО – это брэгговское зеркало (Брэгговская дифракция — явление сильного рассеяния волн на периодической решётке рассеивателей при определенных углах падения и длинах волн.), то есть светоотражающее устройство, основанное на брэгговском отражении в переодической структуре. В большинстве случаев, эффект от действия брэгговского зеркала подобен четвертьволновому многослойному диэлектрическому зеркалу, обеспечивающему максимальный уровень отражения для заданного числа слоёв.

Как правило, DBR-лазеры - это лазерные диоды, но этот термин также иногда применим к волоконным лазерам, содержащим брэгговскую решётку. Большинство твердотельных объёмных лазеров (solid-state bulk lasers) также используют в качестве лазерных - брэгговские зеркала. Тем не менее, такие лазеры нельзя называть DBR-лазерами.

DBR-лазер отличается от DFB-лазера, где в активную среду встроена только одна структура с распределённым отражателем.

 

Билет№12

Структура активных элементов полупроводниковых ИС на МДП (МОП) транзисторах: -структура МДП-транзистора (основной активный элемент ИС).

Особенности элементов полупроводниковых ИС по сравнению с дискретными элементами. Методы изоляции элементов в полупроводниковых ИС.

Понятие активной среды; условия усиления оптического излучения в активной среде, коэффициент усиления. Резонаторы, их роль в работе лазеров.

Понятие активной среды - место где происходит действие. Для того чтобы система усиливала падающее электромагнитное поле на частоте

перехода необходимо обеспечить условие инверсной населенности

энергетических уровней, т.е. такое состояние системы, при

котором на верхнем уровне 2 находится большее число частиц, чем на нижнем уровне 1.

Вещество, в котором распределение частиц по энергетическим состояниям

не является равновесным и хотя бы для одной пары уровней энергии

осуществляется инверсия населенностей, называется АКТИВНОЙ СРЕДОЙ. В этом случае результирующая мощность становится положительной, что означает передачу энергии от системы частиц к электромагнитной волне, т.е. усиление этой волны. Инверсное состояние населенностей уровней не удовлетворяет распределению Больцмана и поэтому неустойчиво. Создание и поддержание в течение некоторого времени такого состояния рабочего вещества является одним из основных условий работы любого квантового прибора. Если в среду, находящуюся в инверсном состоянии, извне не поступает энергия, то с течением времени среда переходит в устойчивое, равновесное состояние, определяемое распределением Больцмана при данной температуре. Избыток энергии при таком переходе излучается или безызлучательно перераспределяется внутри системы.

Билет№13

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. Электрооптический модулятор (ЭОМ), устройство, требования к используемым материалам, принцип работы и основные характеристики.

Электрооптический модулятор (ЭОМ)- устройство, которое можно использовать для контроля мощности, фазы или поляризации лазерного луча с помощью электрического сигнала. Обычно он содержит одну или две ячейки Поккельса и дополнительные оптические элементы - поляризаторы. Различные виды ячеек Поккельса показаны на рисунке. Принцип работы основан на линейном электрооптическом эффекте (также называемом эффектом Поккельса), т.е. изменение показателя преломления в нелинейном кристалле под действием электрического поля, пропорционального напряженности поля.

Различные типы ячеек Поккельса

Часто используемые кристаллы для ЭОМ:

дидейтерофосфат калия KD2PO4 (KD*P=DKDP),

титанил-фосфат калия KTiOPO4 (KTP),

бета-борат бария BaB2O4 (BBO) (применяется при более высокой средней мощности и / или более высоких частотах переключения), а также ниобат лития (LiNbO3),

танталат лития (LiTaO3),

дигидроген фосфат аммония (NH4H2PO4).

В дополнение к этим неорганическим электрооптическим материалам, существуют также специальные полимерные материалы для модуляторов.

Напряжение, необходимое для изменения фазы световой волны на π, называется полуволновым напряжением (Vπ ). Для ячейки Поккельса, как правило, это обычно сотни или даже тысячи вольт, так что требуются высоковольтные усилители. Подходящие электронные схемы могут переключаться со значительных напряжения в течение нескольких наносекунд, что позволяет использовать ЭОМ как быстрые оптические переключатели. В других случаях достаточно модуляции с меньшим напряжением, например, когда требуется лишь небольшая модуляция амплитуды или фазы.

 

 

Билет№14

1. Акустооптический модулятор (АОМ), устройство, требования к используемым материалам, принцип работы и основные характеристики.

 

Акустооптическим модулятором (АОМ) является устройство, используемое для управления мощностью, частотой или пространственным направлением лазерного луча при помощи электрического управляющего сигнала

 

 

 

2. Определение предмета " Функциональная акустоэлектроника", основные физические явления и эффекты лежащие в основе работы акустоэлектронных и акустооптических приборов и устройств. Типы объемных и поверхностных (ПАВ) акустических волн, способы их возбуждения и приема.

Непрерывное расширение функций радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) приводит к резкому усложнению самих радиоэлектронных систем и, как следствие, к лавиноподобному росту числа активных и пассивных компонентов в системах. Традиционными методами конструирования, в том числе и методом комплексной миниатюризации на основе интегральной электроники, эта проблема не может быть решена. Принципиальное решение проблемы возрастающих количеств элементов систем может быть получено только при полном отбрасывании понятий классической схемотехники и непосредственном использовании основных свойств вещества для выполнения функций системы. В таком случае эти функции выполняются без объединения компонентов в системы и без многократного увеличения их количества. На этих принципах базируется новое направление микроэлектроники, получившее название функциональной электроники. Одной из наиболее бурно развивающихся областей функциональной электроники является акустоэлектроника.

 

Акустоэлектроника – это направление функциональной микроэлектроники, основанное на использовании пьезоэлектрического эффекта, а также явлений, связанных с взаимодействием электрических полей с волнами акустических напряжений в пьезоэлектрическом полупроводниковом материале. По существу, акустоэлектроника занимается преобразованием акустических сигналов в электрические и электрических в акустические. Обратим внимание на то, что данное определение аналогично определению оптоэлектроники, где речь идет о взаимных преобразованиях оптических и электрических сигналов.

 

Акустические (звуковые) волны (АВ) высокой частоты (более 20 кГц) — " ультразвук" — уже давно используются в различных областях науки и техники. Два важных свойства АВ — относительно низкая скорость распространения (в 105 раз меньше скорости света), а также простота и высокая эффективность возбуждения в пьезоэлектрических материалах — обусловили их применение в радиотехнике и электронике. Линии задержки на объемных акустических волнах (ОАВ) используются в радиотехнике многие десятки лет. Не менее хорошо известны и другие устройства, использующие ОАВ в пьезоэлектрических материалах, — кварцевые резонаторы для стабилизации частоты. Оба этих устройства представляют собой широко известные примеры применения АВ (ультразвука) в радиоэлектронных системах обработки и передачи информационных сигналов.

 

В акустоэлектронике используются ультразвуковые волны как объемные (продольные и сдвиговые), так и поверхностные, которые имеют ряд преимуществ перед объемными, прежде всего — малые потери при преобразовании сигналов, доступность волнового фронта и разнообразие взаимодействий акустических волн в кристаллах.

 

Акустоэлектроникой в узком смысле этого слова с начала 1960-х годов стали называть исследование эффектов, связанных со взаимодействием АВ со свободными электронами в твердых телах. К этим эффектам относятся:

 

" Электронное" поглощение АВ.

Изменение скорости АВ из-за взаимодействия с электронной плазмой в твердом теле.

" Акустоэлектрический" эффект — увлечение электронов АВ и, как следствие, появление постоянного электрического напряжения или постоянного электрического тока в направлении распространения АВ.

Билет№15

⇐ Предыдущая123

Поделиться:

Популярное:

1. Активность восприятия и значение обратной связи
2. Анализ движения уставного, добавочного, резервного капитала и нераспределенной прибыли.
3. Доверительный интервал для м.о. нормально распределённой с.в.
4. Лекция с применением техники обратной связи
5. Об обратной магистрали топлива.
6. При введении в регистр сдвига обратной связи получается кольцевой регистр, т.е. данные с выхода регистра передаются на его вход.
7. Процесс разработки маркетинговой коммуникации: идентификация целевой аудитории, определение целей коммуникации, дизайн сообщения, выбор канала передачи сообщения, установление обратной связи.
8. Психотехнология рекламных средств без обратной связи
9. Психотехнология рекламных средств с обратной связью
10. Работа приборов систем питания бензинового двигателя с распределённым впрыском топлива во впускной патрубок
11. Расчет линии с равномерно распределенной нагрузкой