Download - Diody świecące i lasery półprzewodnikowe
![Page 1: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/1.jpg)
Diody świecące i lasery półprzewodnikowe
![Page 2: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/2.jpg)
Od poziomów energetycznych w atomie do pasm energetycznych w krysztale
Energia
Pasma energetyczne
Poziom 1
Poziom 2
Odległość atomów
![Page 3: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/3.jpg)
Pasmo, czyli zbiór poziomów energetycznych
![Page 4: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/4.jpg)
elektrondziura
Energia
Złącze p-n
What is a Diode?
![Page 5: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 7: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/7.jpg)
Typ n
„wolny” elektron„wolny” elektron
Pasmo walencyjne
Pasmo przewodzenia
Poziomy donorowe
![Page 8: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/8.jpg)
Typ p
Pasmo walencyjne
Pasmo przewodzenia
Poziomyakceptorowe
Dziura
Dziura
![Page 9: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/9.jpg)
Homozłączowe diody DEL
![Page 10: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/10.jpg)
Powierzchniowa dioda elektroluminescencyjna
![Page 11: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/11.jpg)
Dioda superluminescencyjna
![Page 12: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/13.jpg)
Rezonator
![Page 14: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/14.jpg)
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
Natężenie prądu
Emisja wymuszona
Emisja spontaniczna
Prąd progowy
![Page 15: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/15.jpg)
Charakterystyki widmowe lasera półprzewodnikowego
• poniżej progu wzbudzenia– dioda elektroluminescencyjna
• powyżej progu wzbudzenia– dioda laserowa
0,851 0,849 0,847 0,845 0,843 0,841 0,839
dioda elektroluminescencyjna
dioda laserowa
= 0,15 [nm]
= 4,5 [nm]
[m]
![Page 16: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/16.jpg)
Geometria wiązki lasera pp
45o
9o
![Page 17: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/17.jpg)
Laser z emisją krawędziową, z rezonatorem Fabry-Perota
Britney's Guide to Semiconductor Physics
![Page 18: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/18.jpg)
Pasma dla heterostruktury NpP (n+pp+) AlGaAs/GaAs/AlGaAs
![Page 19: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/19.jpg)
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 aktywnap - GaAs
p - AlGaAs
n - AlGaAs
n - GaAs
+
–
![Page 20: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/20.jpg)
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 aktywnalnGaAsP
p - lnP
n - lnP
n+ - lnPPodłoże
SiO2
![Page 21: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/21.jpg)
Lasery z wieloma studniami kwantowymi (MQW)
~>hf
Rejon aktywnyBariera
Pasmo przewodzenia
Pasmo walencyjne
![Page 22: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/22.jpg)
Lasery z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym i odbiciem Bragga
Warstwa aktywna
p
n
Siatka
Warstwa aktywna
p
nDBR DBR
DFB DBR
![Page 23: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/23.jpg)
Trzysekcyjny laser DBR
Sterowanie fazą p - lnP
Warstwa aktywna
Siatka
Falowód
n - lnP
IA IP IG
![Page 24: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/24.jpg)
Najnowsze osiągnięcia i konstrukcje
• Lasery VCSEL (vixel)
• Lasery niebieskie
![Page 25: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/25.jpg)
Różne typy laserów typu VIXEL
Britney's Guide to Semiconductor Physics
![Page 26: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/26.jpg)
Metalic Reflector VCSEL
![Page 27: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/27.jpg)
Etched Well VCSEL
![Page 28: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/28.jpg)
Air Post VCSEL
![Page 29: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/29.jpg)
Burried Regrowth VCSEL
![Page 30: Diody świecące i lasery półprzewodnikowe](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062309/568149c5550346895db6f7bb/html5/thumbnails/30.jpg)
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