14. Напівпровідниковий лазер на гетеропереході.

Для усунення недоліків гомолазеров і підвищення ефективності їхньої роботи необхідно обмежити зону поширення генеруючого світла й інжекторних електронів і забезпечити протікання цих процесів тільки в активній області. Такі обмеження можуть бути отримані на гетероперехідних структурах. у цей час звичайно застосовується подвійний гетеропереход. Схематичне подання напівпровідникового лазера з подвійним гетеропереходом зображено на малюнку. У цьому діоді реалізовані два переходи між різними матеріалами.

Al₀₃Ga₀₃As(p) – GaAs і Al₀₃Ga₀₇As(n) – GaAs.

Активний шар являє собою тонкий шар GaAs (0,1–0,3мкм). У такій структурі граничну щільність струму при кімнатній температурі можна зменшити на два порядки (~ 10³ А/см²). У такий спосіб стає можливої робота в безперервному режимі при кімнатній температурі. Досягається це завдяки трьом фронтам:

1. показник переломлення GaAs (n  3,6) більше чим показник переломлення Al_xGa_1-xAs (n3,4), що приводить утворенню оптичної волноводной структури.

2. Ширина заборонної зони GaAs (~ 1,5 ев) менше ніж ширина зони для Al_xGa_1-xAs (~ 1,8 ев). Тому на обох переходах утворяться енергетичні бар'єри, які ефективно втримують инжектированные електрони дірки в активному шарі, тобто збільшується концентрація електронів і дірок в активному шарі, а значить збільшується й посилення.

3. Оскільки E_д2 більше чим E_д1, лазерний пучок ( D= E_д1/h) майже не поглинається в Al₀₃Ga₀₇As. Тому крила поперечного профілю пучка, що розходяться в p- і n- області майже не випробовують сильного поглинання.

Довжина хвиль розглянутого лазера 0,85 мкм. Вона попадає в діапазон, у якому спостерігається мінімум втрат в оптичному волокні із плавленого кварцу (так зване вікно пропущення). У цей час посилено розробляються лазери з подвійний гетероструктурой, що працюють на довжині хвилі 1,3 мкм, або 1,6 мкм.

Рис. 4. Схема гетеролазера с двухсторонней гетероструктурой на основе AlGaAs.

15. Рідинний лазер.

У твердих речовинах можна створити велику концентрацію випромінюючих атомів і отримати велику енергію, але їх важко робити, вони дорогі і можуть руйнуватися від перегріву. Гази дуже однорідні і володіють унікальними властивостями, але мають малу концентрацію атомів в активному середовищі і повинні мати великі розміри, для створення значної потужності. Щільність рідини всього в два-три рази нижче за щільність твердих тіл, тому кількість атомів одиниці об'єму має той же порядок, що і в твердотільних лазерах. Оптична однорідність рідин не поступається однорідністю газів, а значить, дозволяє використовувати її великі об'єми.

Була виявлена цікава особливість: якщо солі неодіма розчинити і на основі цього розчину зробити лазер, то його смуга випромінювання буде в сотні разів вужчий, ніж у твердотільного лазера на іонах неодиму. До того ж спектр випромінювання значно менше залежатиме від зовнішніх умов і випромінюваної потужності.

Рідинні лазери, що працюють на неорганічних рідинках (як в імпульсному так і в неперервному режимах) переважають твердотільні лазери по питомій потужності, так як при тій же концетрації активних речовин вони допускають ефективне охолодження активної речовини шляхом його прокачки через резонатор і теплообмінник. В існуючих рідинних лазерах на неорганічних рідинах активними речовинами є рідкісноземельні елементи (найчастіше Nd³⁺ ), що входять в склад рідкого люмінофора. Люмінофор являє собою суміш хлороксиду (POCl₃, SOCl₂, SeOCl₂) з кислотою Льюїса (SnCl₄, ZrCl та ін.). Наприклад, в рідинному лазері на люмінофорі POCl₃—SnCl₄—Nd іон Nd³⁺ оточений 8 атомами O, що входять в склад POCl₃.

Світло накачки поглинають іонами Nd³⁺, що володіють широкими полосами поглинання. Великі часи життя метастабільних рівнів Nd³⁺ дозволяють досягнути порогу генерації. Розроблені також рідинні лазери де ці іони входять в якості активної добавки в рідкі хлориди Al, Ga, Zr та ін., або їх суміші. Властивості рідинних лазерів з іонами Nd³⁺ є проміжними між властивостями твердотільних неодимових лазерів на склі і на кристалах. Їхні особливості визначаються властивостями іонів Nd³⁺, які працюють за чотирирівневою схемою. При накачуванні з основного стану іонів Nd³⁺ (рівень ₄I^9/2) в їхні інтенсивні смуги поглинання в областях довжин хвиль 0,58; 0,74; 0,8 і 0,9 мкм вони внаслідок безвипромінювальної релаксації швидко переходять на метастабільний рівень ₄F^3/2. Генерація зазвичай відбувається при переходах з рівня ₄F^3/2 на рівень ₄I^9/2 "піднятий" над основним рівнем приблизно на 2000 см⁻¹ і тому практично ненаселений. Це визначає малий поріг генерації і відносно великий ККД (3-5%). Енергія генерації ≥ 1 кДж, потужність у безперервному режимі і в режимі повторюваних імпульсів> > 1 кВт. Це визначає сферу застосування таких рідинних лазерів: лазерна технологія, медицина, накачування інших лазерів і т. д.

Основний недолік, властивий всім рідинним лазерам - відносно мала спрямованість випромінювання (велика розбіжність). Застосуванням активної корекції або методів обернення хвильового фронту можна усунути цей недолік.