Главная > Введение в физику лазеров
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

§ 2. ПОЛУЧЕНИЕ ИНВЕРСИИ НАСЕЛЕННОСТЕЙ В р-n-ПЕРЕХОДЕ

В полупроводниковых лазерах чаще всего используют прямые переходы зона проводимости — валентная зона (см. рис. 13.7). Простейшим способом получения инверсии населенностей является инжекция в область перехода неравновесных носителей тока. Если в результате пропускания сильного тока в проводящем направлении в зоне проводимости образуется избыток электронов, а в валентной зоне — дырок, возвращение в равновесное состояние после выключения внешнего поля может происходить двумя путями:

1. Энергия носителей тока при соударениях с кристаллической решеткой уменьшается до значения при данной температуре. Этот процесс представляет собой «охлаждение» носителей до температуры решетки. Обозначим характерное время спада энергии в этом процессе через

2. Происходит рекомбинация электронов и дырок, при которой освобождается некоторое количество лучистой энергии. Характерное время затухания этого процесса обозначим через

Получение инверсии населенностей в системе возможно, если . В результате рекомбинации излучаются кванты с энергией где — ширина запрещенной зоны.

Накачка системы до состояния инверсии означает, что число электронов на высшем уровне (т. е. в зоне проводимости) больше, чем на нижнем уровне (в валентной зоне). Это схематически показано на рис. 3.9 и 13.10. Следует обратить внимание на то (см.рис. 13.9, а),

Рис. 13.9. Модифицированная схема энергетических зон в р - n-переходе в отсутствие поля (а) и с полем, приложенным в проводящем направлении (б).

Заштрихованные области обозначают энергетические уровни, заполненные электронами. Можно приближенно считать, что вблизи перехода энергетическая структура состоит из двух уширенных энергетических уровней. Даже в отсутствие поля система уровней является вырожденной, так как одному и тому же значению энергии соответствуют различные электронные состояния.

что структура энергетических уровней в полупроводниковом лазере вырождена (одному и тому же значению энергии соответствуют различные электронные состояния). Если приложить к переходу электрическое поле в проводящем направлении, структура уровней приобретает вид, показанный на рис. 13.9, б. Для описания населенности уровней электронами вводят две функции Ферми, причем уровни называются квазиуровнями Ферми валентной зоны и зоны проводимости.

Чтобы -переход обладал отрицательным поглощением по отношению к излучению с частотой должно выполняться условие

которое справедливо для вертикальных (прямых) переходов. Электроны из зоны проводимости переходят в незаполненную валентную

Рис. 13.10. Зонная структура р - n-перехода и плотность состояний в ней для двух случаев: а - когда зона проводимости пуста, б — при инверсии населенностей — плотность состояний, Е и Е — квазиуровни Ферми).

Рис. 13.11. Спектр излучения полупроводникового инжекционного лазера типа в зависимости от силы тока [12].

Оптическая ось резонатора совпадает с осью боковые стороны кристалла, параллельные оси х, не отколлрованы.

зону, что эквивалентно процессу рекомбинации. При этом излучаются кванты с энергией Если ток через переход слишком мал, электролюминесценция носит спонтанный и немонохроматичный характер. По мере увеличения силы тока через переход, спектр излучения сужается, а направленность возрастает (рис. 13.11). При этом число фотонов, рождающихся в процессе рекомбинации, превышает число фотонов, поглощенных в полупроводнике.

Явления, происходящие при протекании через переход большого тока, очень сложны. Приведенную выше модель следует рассматривать лишь как грубое приближение. По-видимому, испускание фотонов может происходить при следующих процессах:

а) межзонный переход,

б) переход между донорным уровнем и валентной зоной,

в) переход между экситонным состоянием и валентной зоной,

г) переход между экситонным состоянием и донорным уровнем,

д) переход между донорным и акцепторным уровнями. Возможны также иные способы получения инверсии населенностей, например бомбардировка мощным электронным пучком, приложение очень сильного электрического поля или оптическая накачка.

1
Оглавление
email@scask.ru