半導体レーザーの発光原理

半導体レーザー、としても知られています。レーザーダイオード、半導体材料を作業材料として使用するレーザーです。 小型で寿命が長いという特性があり、単純な注入電流を使用して、集積回路と互換性のある動作電圧と電流をポンピングできるため、モノリシックに統合できます。 これらの利点により、半導体ダイオードレーザーは、レーザー通信、光ストレージ、光ジャイロスコープ、レーザー印刷、レンジング、レーダーで広く使用されています。

レーザー発光の原理

レーザーは次の条件を満たさなければなりません: まず、人口反転。第二に、光フィードバック機能を果たし、レーザー振動を形成することができる共振キャビティがなければなりません。さまざまな形の形成、最も簡単なのはFabry-Parrot共振空洞です。 第三に、レーザーは閾値条件を満たさなければならない、すなわち、利得は全損失よりも大きくなければならない。

特定のしきい値条件を満たします。

安定した振動を形成するために、レーザー媒体は、共振空洞によって引き起こされる光学的損失と空洞表面からのレーザー出力によって引き起こされる損失を補償するために十分に大きな利得を提供しなければならない。そして絶えずキャビティの光学フィールドを高めて下さい。 これには、十分に強い電流注入が必要です。つまり、十分な母性反転、母性反転の程度が高いほど、得られるゲインが大きくなります。つまり、特定の現在のしきい値条件を満たす必要があります。 レーザーがしきい値に達すると、特定の波長の光が空洞内で共振して増幅され、最後に連続出力用のレーザーを形成します。

共振キャビティは、光フィードバックの役割を果たし、レーザー振動を形成することができる。

コヒーレント誘導放射を実際に取得するには、誘導放射を光共振器に複数回フィードバックしてレーザー振動を形成する必要があります。 レーザーの共振空洞は、通常は光を放射しない反射ミラーとしての半導体結晶の自然な切断面によって形成されます。 レンズの端部は高反射性の多層誘電体フィルムでコーティングされ、発光面は反射防止フィルムでコーティングされています。

ゲイン条件:

レージング媒体 (活性領域) におけるキャリアの反転分布が確立される。 半導体では、電子のエネルギーは、連続に近い一連のエネルギーレベルで構成されるエネルギーバンドによって表されます。 したがって、半導体の反転を実現するには、2つのエネルギー帯域領域間の高エネルギー状態の伝導帯にある必要があります。 下部の電子の数は、低エネルギー状態の価電子帯の上部の正孔の数よりもはるかに多い。 これは、ホモ接合またはヘテロ接合に前方バイアスを適用し、必要なキャリアを活性層に注入することによって達成されます。 低エネルギー価電子帯から高エネルギー伝導帯に電子を励起します。 反転分布の状態にある多数の電子と正孔が再結合すると、刺激放出が発生します。