Конструкция лазера на p—n-переходе

Следует сказать, что переходы между энергетической зоной и уровнем энергии, занятым примесным атомом, и даже между двумя примесными уровнями сопровождаются испусканием фотона. Кроме того, энергия носителей зарядов подчиняется статистическому распределению. Далее энергетические уровни примесных атомов образуют узкие полосы. По этим причинам электромагнитное излучение полупроводника происходит в узком диапазоне, а не на одной длине волны, определяемой шириной запрещенной зоны.

Если p—n-переход подключить к источнику электрического тока, то эта область в полупроводнике может стать превосходным излучателем света. При этом переход окажется под напряжением, которое отчасти будет компенсировать собственное (контактное) электрическое поле перехода. В результате энергетический барьер, образовавшийся в зоне перехода, понизится, и электроны, преодолевая барьер, начнут переходить, спонтанно испуская фотоны. Аналогично переход дырок и последующая их рекомбинация с электронами также будут сопровождаться испусканием фотонов. Если приложенное напряжение достаточно велико, чтобы почти сгладить энергетический барьер, число носителей тока, способных преодолеть барьер, станет большим и их результирующий поток приведет к распределению носителей, называемому инверсной заселенностью. Более важным является то обстоятельство, что число фотонов, испущенных в окрестности перехода, называемой активным слоем полупроводникового кристалла, становится настолько велико, что осуществляется вынужденное излучение. Когда ток выключается, испускание фотонов прекращается. Следовательно, полупроводник испускает импульсы света в ответ на импульсы тока: в этом смысле он является преобразователем электрических сигналов в оптические сигналы.

Чтобы прибор, построенный на описываемом физическом принципе, был лазером, необходимо выполнить еще одно условие: две грани кристалла, перпендикулярные p—n-переходу, должны быть плоскими и строго параллельными. Тогда грани образуют пару полупрозрачных зеркал, которые отражают фотоны обратно в активный слой. Когда фотоны проходят в этой области, они индуцируют лавинный процесс вынужденного излучения, т.е. можно сказать, что они усиливают свет. Фотоны, покинувшие полупроводник через полупрозрачные зеркала, образуют лазерный пучок.

Свет, отраженный зеркалами, может усиливаться только тогда, когда прямой и дважды отраженный лучи совпадают по фазе. Иначе говоря, длина волны света должна целое число раз укладываться на длине лазера или, точнее, на его эффективной длине (физической длине, умноженной на показатель преломления вещества между зеркалами). Длины волн, которые удовлетворяют этому условию, называют резонансными длинами волн. Волны всякой другой длины подавляются. Зайдите на booi казино, сделайте регистрацию, пополните баланс, чтобы получить бонус и промокоды