Лазерные диоды

Эта ситуация показана на рисунке. Здесь среда переходит из основного состояния, характеризующегося энергетическим уровнем Е, в возбужденное состояние на уровень £3, благодаря активирующей энергии накачки, которую несет электронный поток. Возвращение в основное состояние Е может произойти через излучательную рекомбинацию с испусканием фотона с энергией hv и, соответственно, переход в более низкое энергетическое состояние Е%, с последующим безызлучательным переходом в основное состояние а может — через последовательность безызлучательных переходов в различные промежуточные возбужденные состояния Едг. Чем быстрее идет в материале излучательный процесс по сравнению с процессом безызлучательного выделения энергии, тем выше эффективность светоизлучения материала.

Выбор подходящего материала для светоизлучения и лазерных диодов определяется в значительной степени излучательным временем жизни в возбужденном состоянии тг, которое для достижения высокой эффективности, как следует из уравнения, должно быть как можно короче. Для этой цели хорошо подходят материалы с прямозонной энергетической структурой, такие как GaAs, InAs, InP, AlGaAs и GaAsP, в которых переход в невозбужденное состояние происходит в результате прямой рекомбинации, сопровождающейся испусканием фотона. Излучательное время жизни таких материалов очень короткое и составляет порядка 10_8-10_1° с, и именно эти материалы широко применяются в полупроводниковых лазерах. Другими важными характеристиками полупроводниковых материалов являются их рабочая длина волны и надежность. На рисунке приведены типичные рабочие длины волн полупроводниковых материалов, широко используемых в источниках света для работы с волоконно-оптическими датчиками.

Лазеры InGaP/InGaAlP были разработаны специально для волоконно-оптических датчиков, которым необходимы коротковолновые источники света, работающие в видимой области спектра или рядом с ней. Длина волны таких лазеров составляет около 680 нм и среднее время

image13

Безотказной работы при комнатной температуре превышает 10000 часов. Эти коротковолновые источники света нужны для увеличения чувствительности некоторых классов датчиков, а также там, где требуются видимые сигналы и сигнатуры. К настоящему времени появились серийно выпускаемые изделия с еще более короткими длинами волн, в которых применяется диодная накачка, и твердотельные лазеры с двойной гетероструктурой, работающие в диапазоне около 500 нм. Такие коротковолновые источники представляют интерес для занимающихся флуоресценцией разработчиков волоконно-оптических датчиков, необходимых для наблюдения за химическими свойствами материалов.

См. также:  Распределенные и мультиплексированные волоконно-оптические датчики