8.7. Конструкция ПКГ

Инжекционный ПКГ на переходе представляет собой обычный кристаллический диод, выполненный в форме резонатора размером мм и меньше. Плоскость перехода параллельна длинным граням. Сколотые малые грани перпендикулярны плоскости перехода. Боковые длинные грани делают матовыми. Толщина активной области составляет -области 5—8 мкм, -области 30-60 мкм. Толщина контактного слоя на -стороне около 10 мкм, на -стороне около 10—30 мкм.

Конструкция диода прежде всего должна обеспечить достаточный теплоотвод от активной области кристалла. Поэтому материал корпуса должен обладать высокой теплопроводностью (медь) и должна быть достаточно большой поверхность корпуса. Это легко видеть из следующего примера. Площадь перехода составляет всего При токе , сопротивлении диода Ом, продолжительности импульса 200 не и частоте следования импульсов Гц мощность потерь за счет омического разогрева составит примерно 2 Вт. Для того чтобы отвести эту мощность с корпуса диода за счет излучения при разности температур между корпусом и средой 5°, нужно иметь поверхность корпуса диода около

Одной из наиболее эффективных конструкций диода является конструкция, показанная на рис. 8.19,

Для охлаждения ПКГ, работающих при низких температурах, применяют следующие системы:

1) сосуд Дьюара с жидким азотом,

Рис. 8.19. Конструкция одного из типов лазерных диодов: 1 — медь; 2 — стекло; 3 — кристалл GaAs с переходом; 4 — индиевый контакт.

2) системы, основанные на эффекте охлаждения газа при его резком расширении (эффект Джоуля — Томсона),

3) термоэлектрические охлаждающие системы (эффект Пельтье).

Рис. 8.20. Полупроводниковый квантовый генератор, работающий при комнатной температуре.

Примером систем первого типа может служить ПКГ «Комета в котором в едином корпусе размещены дьюар с лазерным диодом и генератор импульсов тока. Диод расположен вне дьюара и охлаждение осуществляется с помощью хладопровода. На передней стенке имеется окно с объективом для формирования лазерного луча. Сверху расположены панель управления и отверстие для заливки азота. Размеры мм, вес

около 2 кг. Питание от сети переменного тока 220 В 50 Гц. Потребляемая мощность 0,5 Вт. Мощность излучения в импульсе более 3 Вт. Частота следования импульсов от 40 до Гц. Длина волны излучения мкм.

В системах охлаждения второго типа используют адиабатическое расширение сжатого газа. Для такого ПКГ не требуется заливки жидкого азота. Достаточно открыть кран баллона, и через несколько минут ПКГ готов к работе. Однако для надежной работы необходим газ высокой чистоты. Так как газ поступает к диоду через капиллярный теплообменник с выходным отверстием диаметром мкм, то наличие в газе следов влаги, углекислого газа и других примесей приводит к конденсации их и закупорке отверстия капилляра.

Срок действия таких ПКГ ограничен запасом расходуемого хладоагента и необходимостью повторной заправки. Для автономных лазерных устройств удобны системы замкнутого цикла (с компрессором), вес которых не очень велик (4—5 кг). Испаряющийся в них хладоагент вновь переводится в жидкое состояние.

Продолжительность непрерывной работы такой системы определяется практически ресурсом механических и электромеханических агрегатов, входящих в систему, и составляет от 500 до 3 000 час.

От температурных условий работы диода ПКГ существенно зависят основные параметры прибора. Эта зависимость показана в табл. 8.4.

Таблица 8.4 Типичные параметры приборов ПКГ

Для ПКГ, работающих при комнатной или ниже азотной температурах, применяют термоэлектрическое охлаждение. Хладопровод, к которому прикреплен кристалл, -представляет собой холодный спай термопары. Обычно применяют двух- или трехкаскадное охлаждение. В этом случае горячий спай хладопроводной термопары крепится к холодному спаю следующей ступени, и т. д. Горячий спай последнего каскада изготавливают в виде радиатора для рассеяния тепла в окружающую среду или охлаждают проточной водой.

ПКГ на диодах из арсенида галлия, работающие при комнатной температуре, имеют мощность в импульсном режиме до а в непрерывном — около 1 мВт. Такой ПКГ показан на рис. 8.20.