Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Пирс Дж. -> "Квантовая электроника" -> 42

Квантовая электроника - Пирс Дж.

Пирс Дж. Квантовая электроника — М.: Мир, 1967. — 138 c.
Скачать (прямая ссылка): kvantovayaelektronika1967.djvu
Предыдущая << 1 .. 36 37 38 39 40 41 < 42 > 43 44 45 .. 46 >> Следующая


Мы до сих пор игнорировали тепловое движение атомов, то есть неявно предполагали, что полупроводник находится при температуре абсолютного нуля или близкой к нему. Тепловая энергия, приходящаяся в среднем на один атом, равна kT, что для комнатных температур соответствует энергии кванта далекого инфракрасного диапазона. У тех легированных полупроводников, которые наиболее пригодны для изготовления инжекционных лазеров, ширина запрещенной области ExE2 того же порядка. Поэтому при комнатных температурах, даже в отсутствии тока инжекции, часть электронов из валентной зоны будет переходить в зону проводимости и обратно, создавая тепловой шум.

Тепловое движение атомов, вызывая переходы между зонами, не сопровождается-излучением фотонов, то есть не вызывает люминесценции. Если на очень короткое время включить ток инжекции, то после его включения возникнут два конкурирующих между собой процесса: самопроизвольные переходы между заполненной частью зоны проводимости и свободной частью валентной зоны, сопровождающиеся излучением некогерентного света, и тепловые, или релаксационные, безызлучательные переходы. Поэтому, чтобы уменьшить влияние теплового движения, приходится либо делать очень большим ток инжекции, либо охладить лазер. Увеличение тока инжекции, с одной стороны, требует применения высоких напряже-

123 ний, которые могут повредить тонкий слой рд-перехода, а с другой стороны, приводит к выделению в этом слое большого количества тепла, которое может его перегреть и разрушить. Поэтому лазер обычно предпочитают охлаждать до температуры жидкого гелия или по крайней мере жидкого азота. При температуре 2° К ток инжекции, необходимый для генерации лазерного излучения в арсе-ниде галлия, должен иметь плотность не менее 70 а/см2, а при комнатной температуре плотность тока инжекции уже должна быть равна IO5 а/см2. Эти цифры не должны смущать читателя своей величиной, так как ширина области рд-перехода, как мы уже упоминали, очень мала и не превышает нескольких микрон. Поэтому полный ток через рп-переход, соответствующий плотностям порядка тысяч ампер на квадратный сантиметр, не превышает нескольких ампер.

Однако и этот ток очень велик и выделяющееся при его прохождении тепло не успевает рассеиваться. Поэтому обычно приходится иметь дело с очень короткими импульсами тока, длительностью несколько микросекунд. Постоянно пропускать ток инжекции через рд-переход можно, только обеспечив быстрый отвод тепла. Однако это уже техническая проблема, которой мы здесь не будем касаться.

Арсенид галлия, из которого изготавливались первые полупроводниковые лазеры, представляет собой во многих отношениях очень удобное соединение. Ширина запрещенной области между зонами у него не очень мала и позволяет получить излучение с длиной волны около 0,84 мк (8,4-Ю-5 см), то есть в близкой инфракрасной области. Вероятность излучения фотона при переходе из зоны П в зону В уже при температуре жидкого азота в тысячи раз превышает вероятности других конкурирующих процессов: тепловой релаксации, поглощения фотонов на примесях и дефектах кристалла и т. п.

Хотя мы уже несколько раз пользовались понятием «полупроводниковый лазер», мы успели выяснить только то, что при некоторых рассмотренных нами условиях можно, пропуская инжекционный ток, вызвать неравновесное состояние — инверсию населенностей. После выключения импульса тока это состояние будет высвечиваться, испуская свет люминесценции. Спонтанная, или самопроизвольная, рекомбинация электронов и дырок,

124 происходящая в тонком слое рп-перехода, представляет совокупность не связанных между собой случайных процессов, и поэтому при люминесценции излучается беспорядочный поток фотонов, вылетающих из рд-перехода во всех направлениях. Такое излучение занимает весьма широкий интервал частот, определяемый шириной ЕгЕ^ заполненной части зоны проводимости.

Все эти процессы только количественно отличаются от того, что мы имеем в разрядной трубке газового лазера или в стержне рубинового лазера, когда в них уже создана каким-либо образом инверсия населенностей, то есть среда сделанг активной. То, о чем пойдет речь, только в деталях отл ічается от уже известного.

Ясно, что нас дол; :на интересовать судьба только тех фотонов, которые случайным образом будут испускаться вдоль р/г-перехода, тонкий слой которого играет роль волновода, так как его толщина сравнима с длиной излучаемой волны. Эти фотоны, распространяясь вдоль слоя, в силу очень большой концентрации в нем электронов и дырок будут индуцировать на своем пути много фотонов. Индуцированные фотоны являются точной копией первичных фотонов, их порождающих, и распространяются точно в том же направлении, что и первичные, и к тому же находятся с ними в фазе. Благодаря этому будет происходить усиление светового потока; рд-переход является в этом случае оптическим усилителем. Увеличение интенсивности света сопровождается при этом и некоторым сужением спектра люминесценции. Излучение будет состоять из отдельных групп когерентных между собой фотонов, каждая из которых порождена случайным спонтанно испущенным фотоном. Эти группы будут между собой некогерентньг, и поэтому усиленное излучение в целом также будет некогерентным. Его называют суперлюминесценцией.
Предыдущая << 1 .. 36 37 38 39 40 41 < 42 > 43 44 45 .. 46 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed