Материал: 6_Оптоэлектронные полупроводниквые приборы
6.4 |
Полупроводниковые инжекционные лазеры |
|
Принцип действия лазера |
Оптические переходы в среде с тремя |
Инверсная населенность |
рабочими энергетическими уровнями |
в трехуровневой системе |
Условия для работы лазера: 1. Наличие среды с инверсной населенностью энергетических уровней.
2. Наличие оптического резонатора.
Схема генерации излучения в рубиновом лазере
6.5 |
Полупроводниковые инжекционные лазеры |
|
Инжекционные лазеры на ДГС |
Зонная диаграмма ДГС |
Полупроводниковый лазер на ДГС |
При достаточной величине прямого тока, превышающей некоторое пороговое значение, в активном слое возникнет инверсная населенность.
Роль оптического резонатора в инжекционном лазере выполняют грани кристалла, с нанесенными зеркальными покрытиями. Боковые грани скашиваются под некоторым углом или их делают шероховатыми.
Активный слой GaAs имеет большее значение показателя преломления, чем слой оболочки из AlGaAs. Поэтому он является волноводом.
6.6 |
Инжекционные лазеры на ДГС |
|
Мощность излучения инжекционного лазера зависит от величины инжекционного тока. На ватт-амперной характеристика есть три участка.
На 1-м преобладает спонтанное
|
излучение, лазер работает как светодиод. |
|
На 2-м индуцированное и спонтанное |
Ватт-амперная характеристика |
излучения сопоставимы между собой. |
инжекционного лазера |
На 3-м возникает лазерная генерация. |
Достоинства инжекционных лазеров:
-малые размеры (Lmin ~ 10 мкм, S ~ 1 мкм2);
-высокий КПД преобразования электрической энергии в оптическую;
-удобство управления (низкие напряжения и токи накачки позволяют реализовать устройства управления на ИМС);
-возможность варьировать мощность излучения;
-возможность работы как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Недостатки: невысокая когерентность оптического излучения; большая
ширина спектральной линии; большая угловую расходимость луча.
6.7 |
Полупроводниковые фотоэлементы |
Полупроводниковый фотоэлемент − это полупроводниковый прибор с одним р-n-переходом (или несколькими гетеропереходами), предназначенный для преобразования световой энергии в электрическую.
Если Еф>ΔEg, то вблизи ОПЗ
|
|
|
|
генерируются электронно-дырочные |
||||
|
|
|
|
пары, разделяемые полем в ОПЗ. |
||||
|
|
|
|
|
В результате через p-n-переход |
|||
|
|
|
|
протекает фототок Iф. Накопление в |
||||
|
|
|
|
p-области дырок, а в n-области |
||||
|
|
|
|
электронов вызывает понижение |
||||
|
|
|
|
потенциального барьера на величину |
||||
Полупроводниковый фотоэлемент |
Vф, называемую фотоЭДС. |
|||||||
|
|
|
|
|||||
Понижение потенциального барьера на Vф вызывает протекание Iпр: |
||||||||
|
|
|
q Vф |
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
I |
e k T |
|
1 , |
I |
s |
– ток насыщения |
||
пр |
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.8 |
Полупроводниковые фотоэлементы |
Если p-n-переход разомкнут, то на электродах фотоэлемента возникнет фотоЭДС холостого хода Vф.хх. При этом Iф = Iпр:
|
|
|
|
q Vф.хх |
|
После преобразований получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k T |
|
||
I |
|
I |
e |
1 . |
ВАХ фотоэлемента в режиме |
|
|
ф |
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
холостого хода: |
|
|
|
|
|
|
|
k T |
Iф |
|
|
V |
q |
ln |
|
1 . |
|
||||
ф.хх |
I |
|
||
|
s |
|
||
|
|
|||
При наличии внешней нагрузки R, через него будет протекать ток I. В этом случае понижение барьера Vф будет меньше, чем Vф.хх, что также уменьшит прямой ток Iпр через переход. Тогда:
|
|
|
|
q Vф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
I |
|
I |
e k T |
1 |
I. |
|
|
ф |
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После преобразований получим ВАХ фотоэлемента в режиме работы с нагрузочным резистором :
|
k T |
Iф I |
|
|
V |
|
ln |
|
1 . |
|
|
|||
ф |
q |
|
Is |
|
|
|
|
||
ВАХ фотоэлемента и зависимость Рвых от Vф при разных Ф1 и Ф2