ТК-18 Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства 16.12. Изучение работы лазерных светодиодов
 Скачать 175.15 Kb.
|
|
ТК-18 2 декабря Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства Практика Тема: Изучение работы лазерных светодиодов: ЗАДАНИЕ ^ Рассчитать основные характеристики полупроводниковых лазеров на основе Ga1-x AlxAs для различных составов: А - х = 0,1 В - х = 0,2 С - х = 0,3 Варианты: d (мкм), L (мкм)
^ Порядок выполнения работы Кратко описать принцип работы п/п лазера; Рассчитать длину волны излучения по (1); Рассчитать коэффициент усиления по (2); Рассчитать расходимость лазерного излучения по (3); Рассчитать пороговую плотность тока для интервала температур 300 – 500К (шаг 500) по (6) и построить график зависимости I = f(Т); Рассчитать внешний квантовый выход по (7). Разработал Вигдорович Е.Н. ^ Определение основных характеристик полупроводниковых лазеров ( методическое пособие для курсовых и лабораторных работ) Реальное оптическое излучение физического тела представляет собой суперпозицию (наложение) электромагнитных волн, излучаемых большим числом возбужденных атомов. Если каждый атом излучает независимо от остальных так, что значение частоты (ν) и начальная фаза (φo) колебаний, а также направления поляризации различны для всех излучающих атомов, то имеет место некогерентное излучение. Оно является хаотическим, многочастотным и характеризуется только интенсивностью (амплитудой), не имеет строгой направленности. Если же колебания всех излучающих атомов протекают согласованно во времени, т. е. значения параметров ν , φo и направления поляризации для всех атомов одинаковы, то имеет место когерентное излучение. В современной оптоэлектронике источниками когерентного излучения являются только лазеры. Лазерное излучение имеет высокую направленность, строго фиксированную частоту колебаний, высокую монохроматичность. В полупроводниках предварительно за счет энергии внешнего воздействия (так называемой накачки) часть электронов с нижних равновесных уровней Е1 переходит на более высокие уровни возбуждения Е2. Возвращение этих электронов с уровня Е2 на уровень Е1 сопровождается испусканием фотонов с длиной волны  (1)где Eз – ширина запрещенной зоны полупроводника (эВ). Если создать систему возбужденных активных атомов (лазерную активную среду, помещенную внутрь резонатора) и пропускать через эту систему излучение, то возможно усиление излучения, если создание фотонов за счет вынужденного излучения превосходит потери излучения на поглощение и рассеяние. Такое усиление оптического излучения, основанное на использовании вынужденного излучения, называется лазерным усилением. Коэффициент усиления лазера g(E) равен g(E) =[α + (1/L)ln(1/R)]d (2) где α – коэффициент поглощения, см-1; L – длина резонатора, см; R – коэффициент отражения;  d – толщина активного слоя, см. Направленность лазерного излучения характеризуется расходимостью (Θ)  (3)Число излучаемых фотонов в единице объема за одну секунду определяется полной скоростью излучательной рекомбинации  (4)где n – коэффициент преломления; Eз – ширина запрещенной зоны эВ; γ - температурный коэффициент; ΔE - полуширина спектра спонтанного излучения, эВ; с - скорость света, см/сек; h - постоянная Планка, эВ·сек. Плотность тока, необходимая для поддержания скорости накачки однородно возбужденного слоя Iном = q G g, (5) где q – заряд электрона, к (а·сек) При некотором значении энергии накачки, которое называется порогом генерирования лазера, возникает лавинообразное усиление энергии лазерного излучения, т. е. генерация. Значение пороговой плотности тока для возбуждения лазерного излучения можно расcчитать по уравнению Iпор =  (6)η - внутренняя квантовая эффективность; Т – рабочая температура; Тхар – характеристическая температура ( температура Дебая). Внешний квантовый выход лазера определяется в основном размером резонатора (L), процессами отражения (R) и поглощения (α)  (7)где R =(n-1)2/(n+1)2 Исходные данные для системы Ga 1-x Alx As Ширина запрещенной зоны, эВ Eз = 1,45 (1-х) + 2,15 х Коэффициент поглощения, см-1 α (см-1) = 10 (1-х) + 20 х Коэффициент преломления n = 3,6 (1-х) +3,3 х Температура Дебая, К Тхар = 355 + 100 х Температурный коэффициент γ = 9,2 Полуширина спектра спонтанного излучения, эВ ΔE = 0,06 Внутренний квантовый выход ηвнутр =1 ^ Постоянная Планка, дж сек h = 6,6.10-34 Скорость света, см/сек с = 3.1010 1 эВ = 1,6 .10-19 дж Это выражение можно использовать для оптимизации геометрических размеров и условий эксплуатации фоторезисторов. Когда РГ-шум является определяющим, выражение (20) можно изобразить в виде: D* = L / 2eU(μn no d)1/2 ( 21 ) Из данного выражения видно, что важно использовать тонкие (d) пленки, но при условии полного поглощения света и длинные образцы (L), при условии сохранения высокого Кус . Снизить (μn no) и соответственно увеличить D* возможно путем снижения рабочей температуры ( охлаждения фоторезистора). Это особенно важно для детекторов, работающих в ИК – области спектра. ^ Данные для расчета
Литература: Вигдорович Е.Н. ^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИД Методическое пособиедля лабораторных и курсовых работ Ссылка на онлайн занятие 16.12 20 в начало в 8.30 https://join.skype.com/X60nDsWACRXH Задание отправить до 17.12.11 на электронную почту kuzmina-tat@mail.ru Кузьмина Татьяна Витальевна. |