YARIMO'TKAZGICHLI LAZER PARAMETRLARI. TO'LQIN
O'TKAZGICHDAGI DISPERSIYA VA YO'QOTISH. 3-AVLOD TOLALI
OPTIKADA FOYDALANISH UCHUN YARIMO'TKAZGICHLI
GETEROLAZERNI ISHLAB CHIQISH YARIMO'TKAZGICHLI LAZERNI
HISOBLASH VA LOYIHALASH
Ushbu turdagi lazerlarda faol muhit yarim o'tkazgich kristalidir. Eng keng tarqalgan nasos
usuli kristall orqali oqim o'tkazishdir.
Yarimo'tkazgichli in'ektsiya lazeri ikki elektrodli qurilmadir danp-n- o'tish (shuning uchun "lazer diodi"
atamasi tez-tez ishlatiladi), bunda kogerent nurlanishning paydo bo'lishi to'g'ridan-to'g'ri oqim
o'tganda zaryad tashuvchilarni in'ektsiya qilish bilan bog'liq. p-n- o'tish.
In'ektsiya lazerining faol muhiti (3.23-rasm) o'rtasida joylashgan ingichka to'rtburchak
parallelepipedga joylashtirilgan. R Va n yarimo'tkazgich strukturasining qatlamlari; qalinligi d faol
maydon taxminan 1 mkm. Kristalning sayqallangan yoki maydalangan uchlari (kengligi w), optik
jihatdan tekis va qat'iy parallel qilingan, bunday dizaynda optik rezonator sifatida ishlaydi (FabryPerot rezonatoriga o'xshash). Jilolangan kristall tekisliklarda optik nurlanishning aks ettirish
koeffitsienti 20-40% ga etadi, bu esa qo'shimcha texnik vositalardan (maxsus nometall yoki reflektor)
foydalanmasdan kerakli ijobiy fikrni ta'minlaydi. Biroq, kristallning yon yuzlari qo'pol sirtga ega, bu
esa ulardan optik nurlanishning aks etishini kamaytiradi.
3.23-rasm - Yarimo'tkazgichli lazerning konstruktsiyasi
Lazerli diodadagi faol muhitning pompalanishi tashqi elektr toki bilan ta'minlanadi tuman- oldinga
yo'nalishda o'tish. Shu bilan birga, orqali tuman- birlashma muhim oqim oqadi Ild va yarimo'tkazgich
lazerining faol muhitiga hayajonlangan zaryad tashuvchilarning intensiv in'ektsiyasiga erishiladi.
AOK qilingan elektronlar va teshiklarning rekombinatsiyasi jarayonida yorug'lik kvantlari (fotonlar)
chiqariladi.
Lazer tebranishlari qo'zg'aladi va agar foton kirsa hosil bo'ladi faol muhit fotonlarning qisman
chiqishi, tarqalishi va yutilishi bilan bog'liq optik nurlanish yo'qotishlaridan oshadi. Yarimo'tkazgichli
lazerning faol muhitida fotonni kuchaytirish koeffitsienti faqat kuchli zaryad in'ektsiyasi uchun muhim
bo'lib chiqadi. Buning uchun etarlicha katta elektr tokini ta'minlash kerak. Ild.
Faol moddaga ega tizimni generatorga aylantirish uchun ijobiy qayta aloqa yaratish kerak, ya'ni
kuchaytirilgan chiqish signalining bir qismi kristallga qaytarilishi kerak. Buning uchun lazerlarda optik
rezonatorlar qo'llaniladi. Yarimo'tkazgichli lazerda rezonatorning rolini parchalanish usuli bilan
yaratilgan parallel kristall yuzlar bajaradi.
Bundan tashqari, elektr, elektron va optik cheklovlarni ta'minlash kerak. Elektr cheklanishining
mohiyati shundan iboratki, strukturadan o'tgan elektr tokining maksimal ulushi faol muhitdan o'tadi.
Elektron qamoq - bu faol muhitda barcha qo'zg'atilgan elektronlarning kontsentratsiyasi va ularning
passiv hududlarga tarqalishiga qarshi choralar ko'rish. Optik chegaralanish yorug'lik nurining kristall
orqali ko'p marta o'tishida tarqalishini oldini olishi va lazer nurining faol muhitda saqlanishini
ta'minlashi kerak. Yarimo'tkazgichli lazerlarda bunga nurni cheklash zonasi qo'shni kristall
mintaqalarga qaraganda bir oz yuqori sinishi indeksi bilan tavsiflanganligi sababli erishiladi, bu esa
nurning o'z-o'zidan fokuslanishining to'lqin uzatuvchi effektiga olib keladi. Sinishi ko'rsatkichlarining
o'xshashligi kristal zonalarining tabiati va darajasidagi farq, shu jumladan heterostrukturalardan
foydalanish orqali erishiladi.
Yarimo'tkazgichlarda erkin elektronlar va teshiklarning rekombinatsiyasi jarayonida energiya ajralib
chiqadi, u kristall panjaraga berilishi (issiqlikka aylanishi) yoki yorug'lik kvantlari (fotonlar) shaklida
chiqarilishi mumkin. Yarimo'tkazgichli lazerlar uchun fotonlarning emissiyasi (radiatsion
rekombinatsiya) fundamental ahamiyatga ega. Kremniy va germaniy yarimo'tkazgichlarda
fotonlarning emissiyasini keltirib chiqaradigan rekombinatsiya hodisalarining ulushi juda kichik;
bunday yarimo'tkazgichlar asosan lazerlar uchun mos emas.
Aks holda, rekombinatsiya jarayonlari A 3 B 5 tipidagi (shuningdek, A 2 B 6 va A 4 B 6) ikkilik (erxotin) yarimo'tkazgichlarda davom etadi, bunda ma'lum, texnik jihatdan mukammal sharoitlarda
radiatsiyaviy rekombinatsiya ulushi 100% ga yaqinlashadi. . Bunday yarimo'tkazgichlar to'g'ridan-
to'g'ri bo'shliqdir; qo'zg'aluvchi elektronlar tarmoqli bo'shliqdan energiyani yo'qotib, to'g'ridan-to'g'ri
fotonlarni chiqaradi, harakatning momentumini va yo'nalishini o'zgartirmasdan, qo'shimcha
ogohlantiruvchi shartlar va vositalarsiz (oraliq energiya darajalari va issiqlik effektlari) o'tadi.
To'g'ridan-to'g'ri radiatsiyaviy o'tish ehtimoli eng yuqori bo'lib chiqadi.
A 3 B 5 tipidagi binar birikmalar orasida lazer materiallari sifatida galyum arsenid GaAs kristallari
ustunlik qiladi. Yarimo'tkazgichli lazerlarning fizik va texnik imkoniyatlarini kengaytirish galliy
arsenidning qattiq eritmalari bilan ta'minlanadi, ularda qo'shimcha elementlarning atomlari (alyuminiy
- Al, indiy - In, fosfor - P, surma - Sb) aralashtiriladi va qattiq ravishda mustahkamlanadi. asosiy
strukturaning umumiy kristall panjarasi. Uchlamchi birikmalar keng tarqalgan: galiy-alyuminiy arsenid
Ga 1–x Al x As, indiy-galiy arsenid In x Ga 1–x As, galiy arsenid–fosfid GaAs 1–x P x, galiy arsenid–
antimonid GaAs x Sb1– x va to'rtlamchi birikmalar: Ga x In 1–x As y P 1–y, Al x Ga 1–x As y Sb1-y.
Tarkib ( X yoki da) qattiq eritmadagi ma'lum bir element 0 ichida o'rnatiladi<X<1, 0<da<1.
Samarali nurlanish to'g'ridan-to'g'ri bo'shliqli yarimo'tkazgichlar qo'sh birikmalar A 3 B 5 (InAs, InSb,
GaSb), A2B6 (ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, CdS, CdTe, CdSe), bir guruh (PbS, PbSe, PbTe) va qattiq
eritmalardir. (Zn 1 –x Cd x S, CdS 1–x Se x, PbS 1–x Se x, Pb x Sn 1–x Te).
Yarimo'tkazgichli lazerning radiatsiya to'lqin uzunligi tarmoqli bo'shlig'iga nisbatan qat'iy bog'liq bo'lib,
u o'z navbatida ma'lum bir yarim o'tkazgich birikmasining fizik xususiyatlari bilan aniq belgilanadi.
Lazer materialining tarkibini o'zgartirish orqali tarmoqli bo'shlig'ini va natijada lazer nurlanishining
to'lqin uzunligini o'zgartirish mumkin.
Inyeksion lazerlar quyidagi afzalliklarga ega:
subminiatyura: rezonatorning nazariy minimal uzunligi 10 mkm ga yaqin, kesma maydoni esa 1 mkm
2 ga yaqin;
nasos energiyasini radiatsiyaga aylantirishning yuqori samaradorligi, eng yaxshi namunalar uchun
nazariy chegaraga yaqinlashadi; Buning sababi shundaki, faqat in'ektsiya nasosi bilan kiruvchi
yo'qotishlarni bartaraf etish mumkin: elektr tokining butun energiyasi qo'zg'atilgan elektronlarning
energiyasiga aylanadi;
nazorat qilish qulayligi - integral mikrosxemalar bilan mos keladigan past kuchlanish va qo'zg'alish
oqimlari; tashqi modulyatorlardan foydalanmasdan radiatsiya quvvatini o'zgartirish imkoniyati; ham
uzluksiz, ham impulsli rejimda ishlash, shu bilan birga juda yuqori kommutatsiya tezligini ta'minlaydi
(pikosoniya oralig'ida).
Yarimo'tkazgichli lazerlarni (lazer diodlarini) nazorat qilish sxema bilan ta'minlanadi va shuning
uchun nisbatan oddiy. Radiatsiya kuchi P izl yarimo'tkazgichli lazer (3.24-rasm) in'ektsiya oqimiga
bog'liq Ild(qo'zg'alish oqimi) lazer diyotining (LD) faol zonasida. Past oqim
darajalarida Ild yarimo'tkazgichli lazer LED kabi ishlaydi va kam quvvatli incogerent optik nurlanish
hosil qiladi. Eshik oqimi darajasiga erishilganda Ild lazer bo'shlig'idagi optik tebranishlar hosil bo'ladi
va kogerent bo'ladi; radiatsiya quvvati keskin ortadi Rizl. Biroq, ishlab chiqarilgan quvvat Rizl va bu
rejimda joriy darajaga mutanosib Ild. Shunday qilib, yarimo'tkazgichli lazerning nurlanish kuchini
o'zgartirish (o'zgartirish, modulyatsiya qilish) imkoniyati to'g'ridan-to'g'ri in'ektsiya oqimi I ning
maqsadli o'zgarishi bilan bog'liq. ld.
Lazerli diyotning impulsli ish rejimida uning ish nuqtasi M (3.24-rasm) lekin) vatt-amper
xarakteristikasining tekis kesimida o'rnatiladi Rizl = (Ild) lazerning pastki chegara hududida.
Oqimning keskin ortishi Ild ish nuqtasini xarakteristikaning tik qismiga (masalan, pozitsiyasiga)
o'tkazadi N), bu lazer tebranishlari kuchining qo'zg'alishini va intensiv o'sishini kafolatlaydi. Hozirgi
parchalanish Ild va lazerning ish nuqtasini dastlabki holatiga o'tkazish M lazer tebranishlarining
parchalanishini va lazer nurlanishining chiqish quvvatining keskin pasayishini ta'minlash.
Lazerli tebranishlarning analog modulyatsiyasi rejimida ish nuqtasi Q vatt-amper xarakteristikasining
tik qismiga o'rnatiladi (3.24-rasm b). Hozirgi o'zgarish Ild tashqi axborot signali ta'sirida
yarimo'tkazgich lazerining chiqish quvvatining mutanosib o'zgarishiga olib keladi.
.
Shakl 3.24 - Raqamli (a) va analog (b) modulyatsiya rejimlarida yarimo'tkazgichli lazerning nurlanish
kuchini boshqarish sxemalari
In'ektsiya lazerlarining kamchiliklari ham bor, ularning eng asosiylari:
Radiatsiyaning past kogerentligi (masalan, gaz lazerlari bilan solishtirganda) - spektral chiziqning
sezilarli kengligi;
Katta burchak farqi;
Lazer nurlarining assimetriyasi.
Lazer nurlarining assimetriyasi diffraktsiya hodisasi bilan izohlanadi, buning natijasida to'rtburchaklar
rezonator chiqaradigan yorug'lik oqimi notekis kengayadi (3.25-rasm). lekin):
Qanday da rezonatorning bir xil uchi, nurlanish burchagi th qanchalik katta bo'lsa. Yarimo'tkazgichli
lazerda rezonator qalinligi d uning kengligi w dan sezilarli darajada kichikroq; shuning uchun
nurlanish burchagi th|| gorizontal tekislikda (3.25-rasm b) vertikal tekislikdagi th 1 burchakdan kichik
(3.25-rasm). ichida), yarimo'tkazgichli lazer nurlari esa elliptik kesmaga ega. Odatda th || ≈ 1015 °, a
th 1 ≈ 20-40 °, bu qattiq holatdagi va ayniqsa, gaz lazerlaridan aniq kattaroqdir.
3.25-rasm - Yarimo'tkazgichli lazerning optik nurlanishining tarqalishi
Asimmetriyani bartaraf qilish uchun elliptik Gauss yorug'lik nuri kesishgan silindrsimon linzalar
yordamida dumaloq nurga aylantiriladi (3.9-rasm).
3.26-rasm - Kesishgan silindrsimon linzalar
yordamida elliptik Gauss yorug'lik nurini aylanaga
aylantirish
Bosishdan oldingi jarayonlarda lazer diodlari ko'plab
fotosuratlar va shakllarni chiqarish qurilmalarida,
shuningdek raqamli bosib chiqarish mashinalarida
ta'sir qilish nurlanishi manbalari sifatida juda keng
qo'llanildi.
Qoida tariqasida, lazer nurlanishi optik tolali
yorug'lik yo'riqnomalari orqali lazer diodidan
ta'sirlangan materialga kiradi. Yarimo'tkazgichli lazerlar va optik tolalarni optimal optik moslashtirish
uchun silindrsimon, sferik va rod (gradient) linzalari qo'llaniladi.
Silindrsimon linzalar (3.27-rasm lekin) lazer nurining kuchli cho'zilgan ellipsini aylantirish va optik
tolaga kirishda unga deyarli aylana kesma berish imkonini beradi. Bunday holda, multimodli optik
tolaga lazer nurlanishini kiritish samaradorligi 30% ga etadi.
Shakl 3.27 - Yarimo'tkazgichli lazer va optik tolani optik moslashtirish uchun silindrsimon (a) va sferik
(b) linzalardan foydalanish
Sferik linzalar (3.27-rasm b) divergent lazer nurlanish nurlarini sezilarli diametrli parallel yorug'lik
nuriga aylantirishni ta'minlaydi, bu esa optik nurlanishning keyingi konvertatsiyasi va optimal
kiritilishini sezilarli darajada osonlashtiradi.
Bunday konversiya va kiritishning samarali elementi novda (gradient) linzalari bo'lib, u nurlanishni
optik tolaning raqamli diafragma bilan kerakli (nisbatan kichik) burchak ostida birlashadigan nurga
qaratadi. Rod linzalari optik nurlanishni kiritish uchun tekis uchlari bo'lgan silindrsimon shaklga ega.
Rod (gradient) linzalarida, gradient optik tolada bo'lgani kabi, sinishi indeksi doimiy emas, lekin
masofaning kvadratiga mutanosib ravishda kamayadi: markaziy o'qdan (ya'ni radius kvadratiga
mutanosib ravishda) . Biroq, gradient yorug'lik yo'riqnomasidan farqli o'laroq, gradient linzalari katta
diametrga (12 mm) ega va qoplamasiz.
Shaklda. 3.28 lekin gradient linzadagi yorug'lik nurining traektoriyalari ko'rsatilgan, unga parallel nur
kiritiladi, keyin sinusoidal traektoriya bo'ylab o'zgaradi va harakatlanadi. Yorug'lik tarqalishining
bunday traektori davri (qadam) ga ega.
qayerda g linzalarning sinishi indeksining taqsimlanishini (va buning natijasida fokuslanish
darajasini) belgilovchi parametrdir.
Muayyan uzunlikdagi gradient chizig'ini yaratish (kesish) orqali L, linzalarning muayyan fokuslash
xususiyatlarini aniq shakllantirish mumkin. Agar L = Lp/2, keyin tushayotgan parallel yorug'lik dastasi
linzalar hajmiga qaratilishi mumkin va keyin yana parallel nur shaklida chiqarilishi mumkin.
Gradient linza uzunligi L = lp /4 parallel yorug'lik nurini kichik diametrli nuqtaga qaratadi (3.28rasm b), bu katta diametrli optik nur kichik raqamli diafragma bilan optik tolaga kiritilganda samarali
bo'ladi.
Uzunlikdagi gradient linzalarini shakllantirish L≤ Lp /2 rasmda ko'rsatilgan texnik versiyada.
3.28 ichida, optik kanal orqali yarimo'tkazgichli lazer va tolali yorug'lik yo'riqnomasini muvaffaqiyatli
moslashtirish mumkin
3.28-rasm - Optik
nurlanishni kiritish
va chiqarish uchun
rodli linzalardan
foydalanish
CtP tizimlari odatda
past quvvatli
diodlardan
foydalanadi. Biroq,
ular guruhlarga
birlashtirilganda,
tizimning umumiy
quvvati 50%
samaradorlik bilan
yuzlab vattga
yetishi mumkin.
Odatda,
yarimo'tkazgichli lazerlar maxsus sovutish tizimlaridan foydalanishni talab qilmaydi. Suvni intensiv
sovutish faqat yuqori quvvatli qurilmalarda qo'llaniladi.
boshliq kamchilik yarimo'tkazgichli lazerlar - lazer nurining kesimida energiyaning notekis
taqsimlanishi. Biroq, yaxshi narx-sifat nisbati tufayli yarimo'tkazgichli lazerlar yaqinda CtP tizimlarida
ta'sir qilish manbalarining eng mashhur turiga aylandi.
Bugungi kunda to'lqin uzunligi bo'lgan infraqizil diodlar keng qo'llaniladi 670 Va 830 nm. Ular bilan
jihozlangan qurilmalar orasida Lotem va Trendsetter (Creo); PlateRite (Dainippon Screen); Topsetter
(Geydelberg); XPose! (Luscher); Hajmi (Presstech). Qurilmalarning ish faoliyatini yaxshilash uchun
ta'sir qilish diodli matritsa tomonidan amalga oshiriladi. Minimal nuqta o'lchami odatda 10-14 mikron
oralig'ida. Shu bilan birga, IR diodlari maydonining sayoz chuqurligi qo'shimcha nurni tuzatish
operatsiyalaridan foydalanishni talab qiladi. IQ diodlarining afzalliklaridan biri kun yorug'ida plitalarni
yuklash imkoniyatini ta'kidlash mumkin.
So'nggi paytlarda CtP qurilmalarining ko'plab modellarida to'lqin uzunligi 405 nm bo'lgan binafsha
rangli lazerli diod ishlatiladi. Yarimo'tkazgichli binafsha lazer sanoatda nisbatan yaqinda qo'llanilgan.
Uning joriy etilishi DVD texnologiyasining rivojlanishi bilan bog'liq. Tez orada yangi nurlanish manbai
kompyuterdan plastinkaga o'tish tizimlarida qo'llanila boshlandi. Violet lazerli diodlar arzon, bardoshli
va plitalarning nusxa ko'chirish qatlamlariga ta'sir qilish uchun etarli radiatsiya energiyasiga ega.
Biroq, qisqa to'lqin uzunligi emissiyasi tufayli lazer juda injiq ishlaydi va yozish plitasi yuzasining sifati
va optikaning holati yozuv sifatiga katta ta'sir qiladi. Binafsha rangli lazer ta'sir qilish plitalari sariq
yorug'lik ostida o'rnatilishi mumkin. Hozirgi vaqtda binafsha lazer quyidagi qurilmalarda qo'llaniladi:
Palladio (Agfa); Mako 2 (ECRM); Luxel V/Vx (Fuji Film); Prosetter (Geydelberg); PlateDriver (EskoGraphics).
Uzoq to'lqinli yarimo'tkazgich va LED manbalaridan foydalanish FNA qurilish sxemasini sezilarli
darajada soddalashtiradi. Biroq, bu manbalar kam quvvatga ega va bu "yumshoq" nuqtaga olib
keladi, uning maydoni shakl materialiga ko'chirilganda kamayadi. Ushbu lazerlarning to'lqin uzunligi
660 nm (qizil) dan 780 nm (infraqizil) gacha.
Yaxshi ishingizni bilimlar bazasiga yuborish oddiy.
Quyidagi shakldan foydalaning
Talabalar, aspirantlar, bilimlar bazasidan o‘z o‘qishlarida va faoliyatida foydalanayotgan yosh olimlar
sizdan juda minnatdor bo‘lishadi.
Shunga o'xshash hujjatlar
Elektromagnit energiya impulsining yorug'lik qo'llanmasi bo'ylab tarqalishi. Ko'p rejimli
tolalarda intermode dispersiyasi. Intramodda dispersiyani aniqlash. Bir rejimli optik tolada
material va to'lqin uzatuvchi dispersiya. Nol dispersiya to'lqin uzunligi.
test, 2011-05-18 qo'shilgan
Inyeksion nasos mexanizmi. Yo'naltirilgan kuchlanishning kattaligi. Yarimo'tkazgichli
lazerlarning asosiy xarakteristikalari va ularning guruhi. Yarimo'tkazgichli lazerning tipik
emissiya spektri. Chegara oqimlari. Impulsli rejimda lazer nurlanish kuchi.
taqdimot, 2014-02-19 qo'shilgan
Tizimning energiya potentsiali va optik tolalardagi dispersiyaning berilgan parametrlari
bo'yicha axborotni uzatish uchun optik tolali tizimning (FOCL) regeneratsiya bo'limining
uzunligini hisoblash. FOCL tezligini baholash. O'tkazish qobiliyatining ta'rifi.
test, 2014-05-29 qo'shilgan
Erbium optik signal kuchaytirgichlari. Tolali kuchaytirgichlarning parametrlari. Signal chiqish
quvvati va nasosning energiya samaradorligi. Tarmoq kengligi va bir xillikka ega bo'ling.
"LATUS-K" yarimo'tkazgichli nasosli lazer. Lazer nasosining dizayni.
dissertatsiya, 24/12/2015 qo'shilgan
Organik materiallarni qayta ishlash uchun mo'ljallangan yarimo'tkazgichli lazer asosida
byudjet lazer kompleksini yaratish loyihasini ishlab chiqish bosqichlari va amalga oshirish
istiqbollari. Fotodetektorning asosiy parametrlari va xususiyatlarini o'rganish.
muddatli ish, 07/15/2015 qo'shilgan
III avlod optik tolali aloqa liniyalari uchun uchinchi va beshinchi guruh birikmalari asosida
yarimo'tkazgichli lazer strukturasini hisoblash. Kristal tuzilishini tanlash. Parametrlarni
hisoblash, ROS rezonatori, ichki kvant rentabelligi, optik cheklash.
muddatli ish, 2015 yil 11/05 qo'shilgan
Jetiqara - Komsomolets uchastkasida siqilgan K-60p tizimi o'rniga SDH sinxron raqamli
ierarxiya (SDH) uskunasidan foydalangan holda optik tolali kabelni yotqizish.
Yarimo'tkazgichli lazerning maksimal ruxsat etilgan nurlanish darajasini hisoblash.
dissertatsiya, 11/06/2014 qo'shilgan
Ikki vosita orasidagi interfeysda tekis to'lqinning tushishi, to'lqin qarshiligi va maydon
komponentlarining nisbati. Metall tolada qutblangan to'lqinlarning tarqalishi, ularning kirib
borish chuqurligini hisoblash. Dielektrik tola ichidagi maydonni aniqlash.
muddatli ish, 2011-yil 06-07 qo‘shilgan
federal davlat byudjeti
ta'lim muassasasi
kurs dizayni
mavzu bo'yicha:
"Yarim o'tkazgichli lazer"
Bajarildi:
talaba gr. REB-310
Vasilev V.F.
Tekshirildi:
Dotsent, t.f.n. Shkaev A.G.
Omsk 2012 yil
federal davlat byudjeti
ta'lim muassasasi
oliy kasbiy ta'lim
"Omsk davlat texnika universiteti"
“Elektron uskunalar texnologiyasi” kafedrasi
Mutaxassisligi 210100.62 - "Sanoat elektronikasi"
Vazifa
Intizom bo'yicha kurs dizayni uchun
"Qattiq holat elektroniği"
EW-310 guruhi talabasi Vasilev Vasiliy Fedotovich
Loyiha mavzusi: "Yarim o'tkazgich lazer"
Loyihani yakunlashning oxirgi muddati - 2012 yil 15 hafta.
Kurs loyihasining mazmuni:
Tushuntirish eslatmasi.
Grafik qismi.
Hisob-kitob va tushuntirish xatining mazmuni:
Texnik vazifa.
Izoh.
Tarkib.
Kirish.
Tasniflash
Ishlash printsipi
Tarmoqli diagrammalar muvozanat holatida va tashqi egilish bilan.
LEDlarning joriy kuchlanish xarakteristikasining analitik va grafik tasviri.
Oddiy kommutatsiya sxemasining ishlashini tanlash va tavsifi
Tanlangan sxemaning elementlarini hisoblash.
Xulosa.
Bibliografik ro'yxat.
Ilova.
Topshiriq berilgan sana 2012 yil 10 sentyabr
Loyiha rahbari _________________ Shkaev A.G.
Vazifa 2012-yil 10-sentabrda ijroga qabul qilingan.
EW-310 guruhi talabasi _________________ Vasilev V.F.
izoh
Ushbu kurs ishida yarimo'tkazgichli lazerlarning ishlash printsipi, qurilmasi va qo'llanilishi ko'rib
chiqiladi.
Yarimo'tkazgichli lazer - bu yarimo'tkazgichni ishchi vosita sifatida ishlatadigan qattiq holatdagi lazer.
Kurs ishi A4 varaqda, 17 bet hajmda bajarilgan, 6 ta rasm va 1 ta jadvaldan iborat.
Kirish
1. Tasniflash
2. Ishlash printsipi
3. Muvozanat holatidagi va tashqi egilishli tarmoqli diagrammalar
4. Oqim kuchlanishining xarakteristikasining analitik va grafik tasviri
5. Odatdagi kommutatsiya sxemasining ishlashini tanlash va tavsifi
6. Tanlangan sxema elementlarini hisoblash
7. Xulosa
8. Bibliografik ro'yxat
9. Ilova
Kirish
Ushbu kurs ishi yarimo'tkazgichli lazerlarning ishlash printsipi, qurilmasi va qo'llanilishini ko'rib
chiqadi.
"Lazer" atamasi nisbatan yaqinda paydo bo'lgan, ammo u uzoq vaqt oldin mavjud bo'lganga
o'xshaydi, shuning uchun u keng qo'llanila boshlandi. Lazerlarning paydo bo'lishi kvant
elektronikasining eng ajoyib va ta'sirchan yutuqlaridan biri bo'lib, fanning 1950-yillarning o'rtalarida
paydo bo'lgan tubdan yangi yo'nalishdir.
Lazer (inglizcha laser, inglizcha laser, inglizcha yorug'likni kuchaytirish orqali radiatsiya
stimulyatsiyasi - nurni kuchaytirish orqali nurlanish stimulyatsiya qilingan nurlanish), optik kvant
generatori nasos energiyasini (yorug'lik, elektr, issiqlik, kimyoviy va boshqalar) ga aylantiruvchi
qurilma. kogerent energiya, monoxromatik, qutblangan va tor yo'naltirilgan nurlanish oqimi
Majburiy o'tish mexanizmidan foydalangan holda birinchi marta elektromagnit nurlanish generatorlari
1954 yilda sovet fiziklari A.M. Proxorov va N.G. Basov va amerikalik fizik C. Townes 24 gigagertsli
chastotada. Ammiak faol vosita bo'lib xizmat qildi.
Optik diapazonning birinchi kvant generatori 1960 yilda T. Meyman (AQSh) tomonidan yaratilgan.
Inglizcha “LightAmplificationbystimulated emissionofradiation” (Light amplification by stimulated
emission) iborasining asosiy komponentlarining bosh harflari yangi qurilma nomini tashkil qildi lazer. U radiatsiya manbai sifatida sun'iy yoqut kristalidan foydalangan, generator impulsli rejimda
ishlagan. Bir yil o'tgach, doimiy emissiyali birinchi gaz lazeri paydo bo'ldi (Javan, Bennett, Eriot AQSh). Va bir yil o'tgach, yarimo'tkazgichli lazer bir vaqtning o'zida SSSR va AQShda yaratildi.
Lazerlarga e'tiborning tez o'sishining asosiy sababi, birinchi navbatda, ushbu qurilmalarning o'ziga
xos xususiyatlaridadir.
Lazerning o'ziga xos xususiyatlari:
monoxromatik (qat'iy monoxromatiklik),
yuqori kogerentlik (tebranishlarning mustahkamligi),
yorug'lik nurlanishining keskin yo'nalishi.
Lazerlarning bir nechta turlari mavjud:
yarimo'tkazgich
qattiq holat
gaz
yoqut
Tasniflash
Ikki tomonlama heterostrukturali lazerlar
Ushbu qurilmalarda torroq tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan material qatlami kengroq tarmoqli
bo'shlig'iga ega bo'lgan ikki qatlamli material orasiga o'rnatiladi. Ko'pincha galliy arsenid (GaAs) va
alyuminiy galyum arsenid (AlGaAs) ikkita heterostrukturaga asoslangan lazerni amalga oshirish
uchun ishlatiladi. Ikki xil yarimo'tkazgichning har bir ulanishi geterostruktura deb ataladi va qurilma
"ikkita heterostrukturali diod" (DHS) deb ataladi. Ingliz adabiyotida "ikkita heterostrukturali lazer" yoki
"DH lazer" nomlari qo'llaniladi. Maqolaning boshida tasvirlangan dizayn bugungi kunda keng
qo'llaniladigan ushbu turdagi farqlarni ko'rsatish uchun "homojunction diode" deb ataladi.
Ikki tomonlama heterostrukturali lazerlarning afzalligi shundaki, elektronlar va teshiklarning birgalikda
yashash hududi ("faol hudud") nozik o'rta qatlamda joylashgan. Bu shuni anglatadiki, ko'proq
elektron-teshik juftlari daromadga hissa qo'shadi - ularning ko'pi past daromadli mintaqada
periferiyada qolmaydi. Bundan tashqari, yorug'lik hetero-birikmalarning o'zidan aks etadi, ya'ni
nurlanish maksimal samarali kuchaytirish mintaqasida to'liq o'ralgan bo'ladi.
kvant quduqli diod
Agar DHS diodining o'rta qatlami yanada nozikroq bo'lsa, bunday qatlam kvant qudug'i sifatida ishlay
boshlaydi. Bu shuni anglatadiki, vertikal yo'nalishda elektronlar energiyasi kvantlana boshlaydi.
Kvant quduqlarining energiya darajalari orasidagi farq potentsial to'siq o'rniga radiatsiya hosil qilish
uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu yondashuv radiatsiya to'lqin uzunligini nazorat qilish nuqtai
nazaridan juda samarali, bu o'rta qatlamning qalinligiga bog'liq bo'ladi. Emissiya jarayonida ishtirok
etadigan elektronlar va teshiklarning zichligiga bog'liqligi bir xil taqsimotga ega bo'lganligi sababli,
bunday lazerning samaradorligi bir qatlamli lazerga nisbatan yuqori bo'ladi.
Alohida chegaralangan heterostrukturali lazerlar
Yupqa qatlamli heterostrukturali lazerlarning asosiy muammosi yorug'likni samarali ravishda
cheklashning mumkin emasligidir. Uni engish uchun kristallning har ikki tomoniga yana ikkita qatlam
qo'shiladi. Bu qatlamlar markaziy qatlamlarga nisbatan kamroq sinishi indeksiga ega. Bu yorug'lik
yo'riqnomasiga o'xshash struktura yorug'likni yanada samarali saqlaydi. Ushbu qurilmalar "alohida
qamoqqa olingan heterostruktura" (SCH) geterostrukturalari deb ataladi.
1990 yildan beri ishlab chiqarilgan yarimo'tkazgichli lazerlarning aksariyati ushbu texnologiya
yordamida ishlab chiqariladi.
Tarqalgan qayta aloqa lazerlari
Taqsimlangan qayta aloqa (DFB) lazerlari ko'p chastotali optik tolali aloqa tizimlarida eng ko'p
qo'llaniladi. To'lqin uzunligini barqarorlashtirish uchun p-n o'tish hududida ko'ndalang tirqish hosil
bo'lib, diffraktsiya panjarasini hosil qiladi. Ushbu tirqish tufayli faqat bitta to'lqin uzunligi bo'lgan
nurlanish rezonatorga qaytadi va keyingi kuchaytirishda ishtirok etadi. DFB lazerlari barqaror
nurlanish to'lqin uzunligiga ega bo'lib, u ishlab chiqarish bosqichida chuqurlik balandligi bilan
belgilanadi, lekin harorat ta'sirida biroz farq qilishi mumkin. Bunday lazerlar zamonaviy optik
telekommunikatsiya tizimlarining asosi hisoblanadi.
VCSEL
VCSEL - "Vertical Cavity Surface Emitting Laser" yarimo'tkazgichli lazer bo'lib, sirtga parallel
ravishda tekislikda chiqaradigan an'anaviy lazer diodlaridan farqli o'laroq, kristall yuzasiga
perpendikulyar yo'nalishda yorug'lik chiqaradi.
VECSEL
VECSEL - "Vertikal tashqi bo'shliq sirtini chiqaradigan lazer". Dizayni VCSEL ga o'xshash, ammo
tashqi rezonator bilan. Bu oqim bilan ham, optik nasos bilan ham amalga oshirilishi mumkin.
Ishlash printsipi
An'anaviy diodaning anodiga ijobiy potentsial qo'llanilganda, diod oldinga egilgan deyiladi. Bunday
holda, p-mintaqadagi teshiklar p-n o'tishning n-hududiga, n-hududidan elektronlar esa
yarimo'tkazgichning p-hududiga AOK qilinadi. Agar elektron va teshik "yaqin" bo'lsa (tunnel qilish
mumkin bo'lgan masofada), ular ma'lum bir to'lqin uzunlikdagi foton (energiya saqlanishi tufayli) va
fonon shaklida energiya chiqishi bilan qayta birlashishi mumkin. impulsning saqlanishi tufayli, chunki
foton impulsni olib ketadi) . Bu jarayon spontan emissiya deb ataladi va LEDlarda nurlanishning
asosiy manbai hisoblanadi.
Biroq, ma'lum sharoitlarda, elektron va rekombinatsiyadan oldingi teshik kosmosning bir mintaqasida
juda uzoq vaqt (mikrosekundlargacha) bo'lishi mumkin. Agar hozirgi vaqtda kerakli (rezonansli)
chastotali foton fazoning ushbu hududidan o'tsa, u ikkinchi fotonning chiqishi bilan majburiy
rekombinatsiyaga olib kelishi mumkin va uning yo'nalishi, polarizatsiya vektori va fazasi birinchisining
bir xil xususiyatlariga to'liq mos keladi. foton.
Lazerli diodda yarimo'tkazgichli kristall juda nozik to'rtburchaklar plastinka shaklida amalga oshiriladi.
Bunday plastinka asosan optik to'lqin o'tkazgich bo'lib, bu erda nurlanish nisbatan kichik bo'shliqda
cheklangan. Kristalning yuqori qatlami n-mintaqani hosil qilish uchun doplanadi va pastki qatlamda
p-mintaqasi hosil bo'ladi. Natijada katta maydonning tekis p-n birikmasi hosil bo'ladi. Kristalning ikki
tomoni (uchlari) silliq parallel tekisliklarni hosil qilish uchun silliqlanadi, ular Fabri-Perot rezonatori
deb ataladigan optik rezonatorni hosil qiladi. Ushbu tekisliklarga perpendikulyar bo'lgan o'z-o'zidan
emissiyaning tasodifiy fotonlari butun optik to'lqin o'tkazgichdan o'tadi va u chiqishdan oldin uchidan
bir necha marta aks etadi. Rezonator bo'ylab o'tib, u stimulyatsiya qilingan rekombinatsiyaga olib
keladi, bir xil parametrlarga ega bo'lgan ko'proq fotonlarni yaratadi va nurlanish kuchayadi
(rag'batlantiruvchi emissiya mexanizmi). Daromad yo'qotishdan oshib ketishi bilan lazerni yaratish
boshlanadi.
Lazerli diodlar bir necha turdagi bo'lishi mumkin. Ularning ko'pchiligida qatlamlar juda nozik qilingan
va bunday struktura faqat bu qatlamlarga parallel yo'nalishda radiatsiya hosil qilishi mumkin. Boshqa
tomondan, agar to'lqin uzunligi bilan solishtirganda to'lqin qo'llanmasi etarlicha keng bo'lsa, u
allaqachon bir nechta transvers rejimlarda ishlashi mumkin. Bunday diyot multi-mode (inglizcha
"multi-mode") deb ataladi. Bunday lazerlardan foydalanish qurilmadan yuqori radiatsiya quvvati talab
qilinadigan va nurning yaxshi konvergentsiyasi sharti o'rnatilmagan (ya'ni uning sezilarli darajada
tarqalishiga ruxsat berilgan) hollarda mumkin. Bunday qo'llash sohalari: printerlar, kimyo sanoati,
boshqa lazerlarni pompalash. Boshqa tomondan, agar nurni yaxshi fokuslash kerak bo'lsa, to'lqin
o'tkazgichning kengligi radiatsiya to'lqin uzunligi bilan solishtirilishi kerak. Bu erda nurning kengligi
faqat diffraktsiya tomonidan qo'yilgan chegaralar bilan aniqlanadi. Bunday qurilmalar optik xotira
qurilmalarida, lazerli belgilarda, shuningdek, tolali texnologiyada qo'llaniladi. Ammo shuni ta'kidlash
kerakki, bunday lazerlar bir nechta uzunlamasına rejimlarni qo'llab-quvvatlay olmaydi, ya'ni ular bir
vaqtning o'zida turli to'lqin uzunliklarida nur chiqara olmaydi.
Lazerli diodaning radiatsiya to'lqin uzunligi yarimo'tkazgichning p- va n-mintaqalari energiya
darajalari orasidagi tarmoqli bo'shlig'iga bog'liq.
Nurlantiruvchi element juda nozik bo'lganligi sababli, diodaning chiqishidagi nur diffraktsiya tufayli
deyarli darhol ajralib chiqadi. Ushbu ta'sirni qoplash va nozik nurni olish uchun birlashtiruvchi
linzalardan foydalanish kerak. Silindrsimon linzalar ko'pincha multimodli keng lazerlar uchun
ishlatiladi. Yagona rejimli lazerlar uchun nosimmetrik linzalardan foydalanganda nurlar kesimi elliptik
bo'ladi, chunki vertikal tekislikdagi divergensiya gorizontaldagi farqdan oshib ketadi. Bu lazer
ko'rsatgich nuri misolida eng aniq ko'rinadi.
Yuqorida tavsiflangan eng oddiy qurilmada optik rezonatorning qiymat xarakteristikasi bundan
mustasno, bitta to'lqin uzunligini ajratib bo'lmaydi. Biroq, bir nechta uzunlamasına rejimlarga ega
bo'lgan qurilmalarda va etarlicha keng chastota diapazonida nurlanishni kuchaytirishga qodir bo'lgan
materiallarda bir nechta to'lqin uzunliklarida ishlash mumkin. Ko'p hollarda, shu jumladan, eng ko'zga
ko'ringan lazerlar, ular bitta to'lqin uzunligida ishlaydi, ammo bu kuchli beqarorlikka ega va ko'plab
omillarga bog'liq - joriy kuchning o'zgarishi, atrof-muhit harorati va boshqalar So'nggi yillarda eng
oddiy lazer dizayni. Yuqorida tavsiflangan diod ko'plab yaxshilanishlarga duch keldi, shuning uchun
ularga asoslangan qurilmalar zamonaviy talablarga javob berishi mumkin.
Muvozanat holatidagi va tashqi yon ta'sir ostidagi tarmoqli diagrammalar
P-n o'tish joyidagi oldinga egilish elektr tokini ta'minlash uchun etarlicha katta bo'lganda
biz o'tkazuvchanlik zonasi (yoki valentlik bandi orqali teshiklar) orqali tarqalamiz, oqim oqimining
in'ektsiya xarakteri sodir bo'ladi (1-rasmga qarang).
Guruch. 1: p-n o'tishning tarmoqli diagrammasi: a) egilishsiz, b) musbat moyillik bilan.
Chegaraviy oqim zichligini kamaytirish uchun heterostrukturalarga asoslangan lazerlar amalga
oshirildi (bitta hetero-birikma bilan - n-GaAs-pGe, p-GaAs-nAlxGa1-xAs; ikkita hetero-birikma bilan n-AlxGa1-xAs - p-GaAsG - p-GaAs - xAs.Geterobog'lanishdan foydalanish engil qo'shilgan lazerli
diodli emitter bilan bir tomonlama in'ektsiyani amalga oshirish va chegara tokini sezilarli darajada
kamaytirish imkonini beradi.Sxematik ravishda, bunday lazerning ikki tomonlama heterobirikmali tipik
konstruktsiyalaridan biri rasmda ko'rsatilgan. 1. Ikki geterobirikmaga ega strukturada tashuvchilar
faol d hududi ichida to`plangan bo`lib, har ikki tomondan potentsial to`siqlar bilan chegaralangan
nurlanish ham uning chegarasidan tashqariga sinish ko`rsatkichining sakrashga o`xshash kamayishi
tufayli shu hudud bilan chegaralanadi.Bu cheklovlar. qo'zg'atilgan nurlanishning kuchayishiga va
shunga mos ravishda pol zichligining pasayishiga hissa qo'shadi.Geterobirikma hududida to'lqin
o'tkazuvchi effekt paydo bo'ladi, lazer nurlanishi esa geterobirikmaga parallel tekislikda sodir bo'ladi.
1-rasm
Ikki tomonlama heterobog'lanishga asoslangan yarimo'tkazgichli lazerning diagrammasi (a, b, c) va
tuzilishi (d)
a) lazerli juft n–p–p+ geterostrukturada qatlamlarning almashinishi;
b) nol kuchlanishdagi er-xotin heterostrukturaning tarmoqli diagrammasi;
c) lazerli nurlanish hosil bo'lishining faol rejimida lazer qo'sh geterostrukturasining tarmoqli
diagrammasi;
d) lazer diodining qurilmasi Al0.3Ga0.7As (p) - GaAs (p) va GaAs (n) - Al0.3Ga0.7As (n), faol
mintaqa GaAs (n) qatlamidir.
Faol hudud qalinligi atigi 0,1-0,3 mkm bo'lgan n-GaAs qatlamidir. Bunday tuzilmada, bir
gomojunctionga asoslangan qurilma bilan solishtirganda, chegara oqim zichligini deyarli ikki
darajaga (~ 103 A / sm2) kamaytirish mumkin edi. Natijada, lazer xona haroratida uzluksiz ishlay
oldi. Eshik oqimi zichligining pasayishi optsionning mavjudligi sababli sodir bo'ladi
va hokazo.................
ROSSIYA TA'LIM VA FAN VAZIRLIGI
Avtonom davlat byudjetli ta'lim muassasasi
oliy kasbiy ta'lim
“Sankt-Peterburg davlat elektrotexnika universiteti
Ularga "LETI". IN VA. Ulyanov (Lenin)"
(SPbGETU)
ELEKTRONIKA FAKULTETI
KADR MIKRO- VA NANOELEKTRONIKA
YARIMOQCHILI OPTOELEKTRON QURILMALAR
Kurs ishi
FOCL III avlodida foydalanish uchun yarimo'tkazgichli heterolazerni ishlab chiqish.
Bajarildi
talaba gr. № 0282 Tekshirildi: Tarasov S.A.
Stepanov E.M.
Sankt-Peterburg
2015 yil
Kirish 3
III avlod 4
2 Hisob-kitob 8-qism
2.1 Strukturani tanlash va uning parametrlarini hisoblash 8
2.2 Rezonatorning DF ni hisoblash 11
2.3 Ichki kvant rentabelligini hisoblash 11
2.4 Optik chegaralanishni hisoblash 12
2.5 Chegaraviy oqimni hisoblash 12
2.6 Vatt-amper xarakteristikalarini hisoblash 13
2.7 Rezonator 14 parametrlarini hisoblash
2.8 Boshqa qatlamlarni tanlash 14
3 Kristal tuzilishi 16
Xulosa 19
Foydalanilgan manbalar ro'yxati 21
Kirish
Optik tolali aloqa liniyalari uchun nurlanish manbalari sifatida yarimo'tkazgichli qattiq eritmalar
asosidagi lazerli diodlardan foydalanish maqsadga muvofiqdir. Ushbu maqolada biz optik tolali aloqa
liniyalari uchun uchinchi va beshinchi guruh birikmalariga asoslangan yarimo'tkazgichli lazer
strukturasini hisoblash versiyasini taqdim etamiz. III avlod.
1 optik tolali aloqa liniyalari III avlod.
Optik tolali aloqa liniyasi (FOCL)bu axborotni uzatish tizimidir. Bunday tizimda axborot tashuvchisi
fotondir. U yorug'lik tezligida harakat qiladi, bu esa axborot uzatish tezligini oshirishning zaruriy
shartidir. Bunday tizimning asosiy komponentlari transmitter, optik tolali, qabul qiluvchi, takrorlovchi
(R), kuchaytirgich (U) (1-rasm).
1-rasm - optik tolali aloqa liniyasining strukturaviy diagrammasi.
Shuningdek, zarur elementlar kodlovchi (KU) va dekoder (DKU). Uzatuvchi, umuman olganda,
nurlanish manbai (IS) va modulyatordan (M) iborat. Axborotni uzatishning boshqa usullari bilan
solishtirganda, optik tolalar birinchi navbatda past yo'qotishlarda ijobiy farq qiladi, bu esa ma'lumotni
uzoq masofalarga uzatish imkonini beradi. Ikkinchi eng muhim parametr - bu katta o'tkazuvchanlik.
Ya'ni, boshqa narsalar teng bo'lsa, bitta optik tolali kabel, masalan, o'nta elektr kabi ko'p ma'lumotni
uzatishi mumkin. Yana bir muhim nuqta - bir nechta optik tolali liniyalarni bitta kabelga birlashtirish
imkoniyati va bu elektr liniyalari uchun muammoli bo'lgan shovqin immunitetiga ta'sir qilmaydi.
Transmitterlar odatda elektr shaklida berilgan asl signalni optik diapazonning elektromagnit to'lqiniga
aylantirish uchun mo'ljallangan. Transmitter sifatida diodlar, lazerli diodlar va lazerlardan foydalanish
mumkin. Transmitterlarning birinchi avlodi 0,85 mikron to'lqin uzunligida ishlaydigan yorug'lik
chiqaradigan diyotni o'z ichiga oladi. Transmitterlarning ikkinchi avlodi 1,3 mkm to'lqin uzunligida
ishlaydi. Transmitterlarning uchinchi avlodi 1982 yilda to'lqin uzunligi 1,55 mkm bo'lgan lazerli
diodlarda amalga oshirildi. Transmitter sifatida lazerlardan foydalanish bir qator afzalliklarni beradi.
Xususan, emissiya rag'batlantirilganligi sababli, quvvat chiqishi ortadi. Shuningdek, lazer nurlanishi
yo'naltiriladi, bu optik tolalardagi o'zaro ta'sir samaradorligini oshiradi. Tor spektrli chiziq kengligi
ranglarning tarqalishini pasaytiradi va uzatish tezligini oshiradi. Agar siz har bir impulsda bitta
uzunlamasına rejim rejimida barqaror ishlaydigan lazer yaratsangiz, unda siz ma'lumot
o'tkazuvchanligining qiymatini oshirishingiz mumkin. Bunga erishish uchun taqsimlangan fikrmulohazalarga ega lazer tuzilmalaridan foydalanish mumkin.
FOCLning keyingi elementi optik toladir. Yorug'likning optik tola orqali o'tishi umumiy ichki aks
ettirish ta'siri bilan ta'minlanadi. Va shunga ko'ra, u markaziy qismdan iborat - yadro va optik zichligi
pastroq bo'lgan materialdan yasalgan qobiq. Tolalar orqali tarqalishi mumkin bo'lgan to'lqinlar turlari
soniga ko'ra, ular ko'p rejimli va bitta rejimga bo'linadi. Yagona rejimli tolalar yaxshi zaiflashuv va
tarmoqli kengligi xususiyatlariga ega. Ammo ularning kamchiliklari bitta rejimli liniyalarning diametri
bir necha mikrometrga teng ekanligi bilan bog'liq. Bu radiatsiya va splicingni kiritishni qiyinlashtiradi.
Ko'p rejimli yadroning diametri o'nlab mikrometrlarni tashkil qiladi, lekin ularning tarmoqli kengligi
biroz kichikroq va ular uzoq masofalarga tarqalish uchun mos emas.
Yorug'lik tolalar bo'ylab tarqalib ketganda, u susayadi. Repetitorlar (2-rasm a) kabi qurilmalar optik
signalni elektr signaliga aylantiradi va transmitter yordamida uni allaqachon kattaroq intensivlik bilan
chiziq bo'ylab uzatadi.
2-rasm - a) takrorlagich va b) kuchaytirgich qurilmalarining sxematik ko'rinishi.
Kuchaytirgichlar optik signalning o'zini to'g'ridan-to'g'ri kuchaytiradigan farq bilan xuddi shunday
qiladi. Repetitorlardan farqli o'laroq, ular signalni to'g'rilamaydi, faqat signalni ham, shovqinni ham
kuchaytiradi. Nur toladan o'tgandan so'ng, u yana elektr signaliga aylanadi. Bu qabul qiluvchi
tomonidan amalga oshiriladi. Bu odatda yarimo'tkazgichga asoslangan fotodioddir.
FOCL ning ijobiy tomonlari past signalning zaiflashishi, keng tarmoqli kengligi va yuqori shovqin
immunitetini o'z ichiga oladi. Elyaf dielektrik materialdan tayyorlanganligi sababli, u atrofdagi mis
kabel tizimlari va elektromagnit nurlanishni qo'zg'atishi mumkin bo'lgan elektr jihozlarining
elektromagnit shovqinlariga qarshi immunitetga ega. Ko'p tolali kabellar, shuningdek, ko'p juftli mis
kabellarda mavjud bo'lgan elektromagnit o'zaro bog'liqlik muammosidan qochadi. Kamchiliklar
orasida optik tolaning mo'rtligini, o'rnatishning murakkabligini ta'kidlash kerak. Ba'zi hollarda mikron
aniqligi talab qilinadi.Optik tola 3-rasmda ko'rsatilgan yutilish spektriga ega.
3-rasm - Optik tolaning yutilish spektri.
FOCL III avlod 1,55 mikron to'lqin uzunligida ma'lumot uzatishni amalga oshirdi. Spektrdan ko'rinib
turibdiki, bu to'lqin uzunligidagi yutilish eng kichik, u taxminan 0,2 desibel / km ni tashkil qiladi.
2 Taxminiy qism.
2.1 Strukturani tanlash va uning parametrlarini hisoblash.
Qattiq eritmani tanlash. Qattiq eritma sifatida to'rtlamchi birikma tanlangan Ga x In 1- x P y As 1- y .
Band bo'shlig'i quyidagicha hisoblanadi:
(2.1)
Ushbu qattiq eritma uchun izoperiodik substrat substrat hisoblanadi InP . Qattiq eritma turi uchun A x
B 1- x C y D 1- y boshlang'ich komponentlar ikkilik birikmalar bo'ladi: 1 - AC; 2 - miloddan avvalgi; 3 AD; 4-BD . Energiya bo'shliqlarini hisoblash quyidagi formula bo'yicha amalga oshiriladi.
E (x, y) \u003d E 4 + (E 3 - E 4) x + (E 2 - E 4) y + (E 1 + E 4 - E 2 - E 3) xy – y(1-y) – x(1-x) , (2.2)
qaerda E n ikkilik birikmaning Brilyuen zonasida berilgan nuqtadagi energiya bo'shlig'i; c mn ikkilik
birikmalar hosil qilgan uch komponentli qattiq eritma uchun nochiziqlilik koeffitsientlari m va n.
1 va 2-jadvallarda ikkilik birikmalar, to'rtlamchi birikmalar uchun energiya bo'shliqlarining qiymatlari
va haroratni hisobga olish uchun kerakli koeffitsientlar ko'rsatilgan. Bu holda harorat tanlangan
T=80°C=353K.
1-jadval - Binar birikmalarning energiya bo'shliqlari.
T bilan E
2,78
2,35
2,72
0,65
0,577
0,577
2,6803
2,2507 2,6207
1,4236
2,384
2,014
0,363
0,37
0,363
1,3357
2,2533 1,9261
GaAs
1,519
1,981
1,815
0,541
0,46
0,605
1,3979
1,878
InAs
0,417
1,433
1,133
0,276
0,276
0,276
0,338
1,3558 1,0558
1,6795
2-jadval - To'rtta bo'g'inlarning energiya klirensi.
OAJ
GaInPAlar
0,7999
1,379
OOO
0,9217
O.E
1,0916
1,3297
Tarkibning kerakli qiymatlarini tanlash nisbatga muvofiq amalga oshirildi x va y quyida. Barcha
hududlar uchun olingan kompozitsion qiymatlar: faol, to'lqin o'tkazgich va emitent hududlar 5jadvalda jamlangan.
Optik chegara hududi va emitent hududning tarkibini hisoblashda zaruriy shart tarmoqli bo'shlig'idagi
farq kamida 4 ga farq qilishi kerak edi. kT.
To'rtta birikmaning panjara davri quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:
a (x,y) = xya 1 + (1-x)ya 2 + x(1-y)a 3 + (1-x)(1-y)a 4 , (2.4)
bu erda 1 - 4 mos keladigan ikkilik birikmalarning panjara davrlari. Ular 3-jadvalda keltirilgan.
3-jadval - Binar birikmalar panjaralarining davrlari.
a, A
5,4509
5,8688
GaAs
5,6532
InAs
6,0584
To'rtta ulanish uchun GaInPAlar barcha hududlar uchun panjara davrlarining qiymatlari 5-jadvalda
jamlangan.
Sinishi indeksi quyida keltirilgan munosabatdan foydalanib hisoblangan.
(2.5)
bu erda kerakli parametrlar 4-jadvalda keltirilgan.
4-jadval - Sinishi ko'rsatkichini hisoblash uchun ikkilik va to'rtlamchi birikmalarning parametrlari.
2,7455
3,6655
5,2655
0,42
31,4388
160,537
1,3257
2,7807
5,0807
0,604
26,0399
128,707
GaAs
1,4062
2,8712
4,9712
0,584
30,0432
151,197
InAs
0,3453
2,4853
4,6853
1,166
14,6475
167,261
OAJ
0,8096
2,574
4,7127
0,8682
21,8783
157,1932
OOO
0,9302
2,6158
4,7649
0,8175
22,4393
151,9349
+-----
OAJ
OOO
GaInPAlar
O.E
0,7999
0,9218
1,0917
0,371
0,2626
0,1403
0,1976
0,4276
0,6914
a(x,y)
5,8697
a(x,y)
5,8695
a(x,y)
5,8692
DA, %
0,0145
DA, %
0,0027
DA, %
0,0046
3,6862
3,6393
Dn, %
0,1217
3,5936
1,2898
Dn, %
0,1218
O.E
1,0943
2,6796
4,8765
1,2721
0,1699
0,7344
23,7145
142,9967
To'lqin o'tkazgich mintaqasi uchun sinishi ko'rsatkichi emitent hududning sinishi ko'rsatkichidan
kamida bir foiz farq qiladigan tarzda tanlangan.
5-jadval - Ish joylarining asosiy parametrlari.
2.2 ROS rezonatorini hisoblash.
ROS rezonatorining asosi keyingi davrga ega bo'lgan diffraktsiya panjarasidir.
Shu tarzda olingan panjara davri 214 nm. Faol mintaqa va emitent hudud orasidagi qatlam qalinligi
to'lqin uzunligi qalinligi tartibida, ya'ni 1550 nm bo'lishi uchun tanlanadi.
2.3 Ichki kvant rentabelligini hisoblash.Kvant rentabelligining qiymati radiatsiyaviy va radiatsion
bo'lmagan o'tish ehtimoli bilan belgilanadi.
Ichki kvant rentabelligining qiymati ē i = 0,9999.
Radiatsiyaning ishlash muddati quyidagicha aniqlanadi
(
bu erda R \u003d 10 -10 sm 3 /s - rekombinatsiya koeffitsienti, p o \u003d 10 15 sm -3 - muvozanat
zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi, D n \u003d 1,366 * 10 25 sm -3 va dan hisoblab chiqilgan
bu erda n N = 10 18 sm -3 - emitentdagi muvozanat zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi,
D hk = 0,5 eV - AO va GE ning tarmoqli oralig'i o'rtasidagi farq.
Radiatsiya muddati t va \u003d 7.3203 * 10 -16 dan. Radiatsiya muddati t va \u003d 1 * 10 -7 dan.
Radiatsiyaviy bo'lmagan ishlash muddati quyidagicha aniqlanadi
bu erda C \u003d 10 -14 s * m -3 doimiy, N l \u003d 10 21 m -3 tuzoqlarning kontsentratsiyasi
hisoblanadi.
2.4 Optik chegaralanishni hisoblash.
Faol qatlam qalinligining kamayishi D = 10,4817:
Optik chegaralanish omili G= 0.9821:
Bizning holatimiz uchun, shuningdek, faol mintaqaning qalinligi bilan bog'liq qo'shimcha koeffitsientni
hisoblash kerak r= 0.0394:
qaerda d n = 1268,8997 nm - yaqin zonadagi nuqta o'lchami, quyidagicha aniqlanadi
2.5 Chegaraviy tokni hisoblash.
Oyna aks ettirish R = 0,3236:
Tokning chegaraviy zichligini quyidagi formula bo'yicha hisoblash mumkin:
bu erda b = 7*10 -7 nm -1 radiatsiya energiyasining tarqalishi va yutilishi uchun taqsimlangan
yo'qotishlar koeffitsienti.
Chegaraviy oqim zichligi j keyin \u003d 190,6014 A / sm 2.
Eshik oqimi I = j thr WL = 38,1202 mA.
2.6 Vatt-amper xarakteristikalari va samaradorligini hisoblash.
Ostonaga kuch P dan = 30,5242 mVt gacha.
Eshik chegarasidan keyin quvvat P psl = 244,3889 mVt.
Shaklda. 4 - chiqish quvvatining oqimga nisbatan grafigi.
4-rasm - Chiqish quvvatining oqimga bog'liqligi.
Samaradorlikni hisoblash ē = 0,8014
samaradorlik =
Differensial samaradorlik ē d = 0,7792
2.7 Rezonatorning parametrlarini hisoblash.
Chastotalar farqi Dn q = 2,0594*10 11 Hz.
D q \u003d n q - n q -1 \u003d
Eksenel rejimlar soni N ax = 71
N ax =
Eksenel bo'lmagan tebranishlar DN m = 1,236*10 12 Hz.
Dm =
Rezonatorning sifat omili Q=5758.0722
Rezonans chizig'ining kengligi Dn p = 3,359*10 10 Hz.
Dp=
Lazer nurlarining divergensiyasi = 0,0684°.
Bu erda D - emissiya chizig'ining spektral kengligi, m diffraktsiya tartibi (bizning holatlarimizda
birinchisi), b panjara davri hisoblanadi.
2.8 Boshqa qatlamlarni tanlash.
Yaxshi ohmik aloqani ta'minlash uchun strukturada yuqori darajada doplangan qatlam mavjud ( N =
10 19 sm -3 ) qalinligi 5 mkm. Yuqori kontakt shaffof bo'ladi, chunki u orqali radiatsiya substratga
perpendikulyar ravishda chiqariladi. Substratda o'stirilgan tuzilmalarni yaxshilash uchun bufer
qatlamidan foydalanish afzalroqdir. Bizning holatda, bufer qatlami qalinligi 5 mkm. Kristalning
o'lchamlari quyidagicha tanlangan: qalinligi 100 mkm, kengligi 100 mkm, uzunligi 200 mkm.
Strukturaning barcha qatlamlari bilan batafsil tasviri 5-rasmda keltirilgan. Barcha qatlamlarning
energiya bo'shliqlari, sinishi ko'rsatkichlari va doping darajalari kabi parametrlari mos ravishda 6,7,8rasmlarda keltirilgan.
6-rasm - Strukturaning energiya diagrammasi.
7-rasm - strukturaning barcha qatlamlarining sinishi ko'rsatkichlari.
8-rasm - strukturaning qatlamlarini doping qilish darajalari.
9-rasm - Qattiq eritmalarning tanlangan kompozitsiyalari.
Xulosa
Ishlab chiqilgan yarimo'tkazgichli lazer dastlab belgilanganidan oshib ketadigan xususiyatlarga ega.
Shunday qilib, ishlab chiqilgan lazer strukturasining chegara oqimi 38,1202 mA ni tashkil etdi, bu
belgilangan 40 mA dan past. Chiqish quvvati ham etarli darajada oshib ketdi - 5 ga qarshi 30,5242
mVt.
Qattiq eritma asosida hisoblangan faol hudud tarkibi GaInPAlar substrat uchun izoperiodikdir InP ,
panjara davrining farqi 0,0145% ni tashkil etdi. O'z navbatida, keyingi qatlamlarning panjara davrlari
ham 0,01% dan ko'p bo'lmagan farq qiladi (5-jadval). Bu olingan konstruksiyaning texnologik
maqsadga muvofiqligi uchun zarur shart-sharoitlarni ta'minlaydi, shuningdek, heterointerfeysda katta
kompensatsiyalanmagan tortishish yoki siqish kuchlarining paydo bo'lishining oldini olgan holda
strukturaning nuqsonlarini kamaytirishga yordam beradi. Optik chegaralangan hududda
elektromagnit to'lqinning lokalizatsiyasini ta'minlash uchun OOO va OE sinishi ko'rsatkichlarida
kamida bir foiz farq talab qilinadi, bizning holatlarimizda bu qiymat 1,2721% ni tashkil etdi, bu
qoniqarli natija, ammo izoperiod bo'yicha keyingi siljish mumkin emasligi sababli ushbu parametrni
yanada yaxshilash mumkin emas. Shuningdek, lazer strukturasining ishlashining zaruriy sharti
elektronlarning faol mintaqada lokalizatsiyasini ta'minlashdir, shunda ularning keyingi
stimulyatsiyalangan emissiyasi bilan qo'zg'alish mumkin bo'ladi, bu OOO va zonalar orasidagi
bo'shliq bo'lishi sharti bilan amalga oshiriladi. AO 4 dan katta kT (bajarildi - 5-jadval).
Olingan strukturaning optik chegaralanish koeffitsienti 0,9821 ni tashkil etdi, bu qiymat birlikka yaqin,
ammo uni yanada oshirish uchun optik chegara hududining qalinligini oshirish kerak. Bundan
tashqari, MChJ qalinligining bir necha baravar oshishi optik cheklash koeffitsientining biroz oshishiga
olib keladi, shuning uchun MChJning optimal qalinligi sifatida radiatsiya to'lqin uzunligiga yaqin
qiymat, ya'ni 1550 nm tanlangan. .
Ichki kvant rentabelligining yuqori qiymati (99,9999%) kam sonli radiatsiyaviy bo'lmagan o'tishlar
bilan bog'liq bo'lib, bu o'z navbatida strukturaning past nuqsonliligining natijasidir. Differensial
samaradorlik strukturaning samaradorligining umumlashtirilgan xarakteristikasi bo'lib, nurlanish
energiyasining tarqalishi va yutilishi kabi jarayonlarni hisobga oladi. Bizda esa 77,92 foizni tashkil
etdi.
Sifat omilining olingan qiymati 5758.0722 ni tashkil etdi, bu rezonatordagi yo'qotishlarning past
darajasini ko'rsatadi. Kristallning kristallografik tekisliklari bo'ylab yorilishlar natijasida hosil bo'lgan
tabiiy rezonator 32,36% ko'zgu aks ettirishga ega bo'lgani uchun u katta yo'qotishlarga ega bo'ladi.
Tarqalgan fikr-mulohazalar rezonatorning asosi sifatida ishlatilishi mumkin, bu MChJ chegarasida
yaratilgan davriy panjara ustidagi yorug'lik to'lqinlarining Bragg aks ta'siriga asoslangan.
Hisoblangan panjara davri 214,305 nm ni tashkil etdi, bu kristall kengligi 100 mkm bo'lib, taxminan
470 ta davrni yaratishga imkon beradi. Davrlar soni qancha ko'p bo'lsa, aks ettirish shunchalik
samarali bo'ladi. DFB rezonatorining yana bir afzalligi shundaki, u yuqori to'lqin uzunligi selektivligiga
ega. Bu sizga yarimo'tkazgichli lazerlarning asosiy kamchiliklaridan birini - radiatsiya to'lqin
uzunligining haroratga bog'liqligini engib o'tishga imkon beruvchi ma'lum chastotali nurlanishni
chiqarish imkonini beradi. Shuningdek, ROS dan foydalanish ma'lum bir burchak ostida nurlanishni
chiqarish imkoniyatini beradi. Ehtimol, bu 0,0684 ° ni tashkil etgan juda kichik farqlanish burchagiga
sabab bo'lgan. Bunday holda, nurlanish substratga perpendikulyar ravishda chiqariladi, bu eng
yaxshi variant hisoblanadi, chunki u eng kichik divergensiya burchagiga ham hissa qo'shadi.