Грибковский В. П. Полупроводниковые лазеры

ББК 32.86.5я73
Г 82 УДК 621.373.826(075.8)

Кафедра физики полупроводников Киевского государственного университета (зав. кафедрой доктор физико-математических наук, профессор В. И. Стриха); доктор физико-математических наук, профессор Р. А. Балтрамеюнас

Грибковский В. П.
Полупроводниковые лазеры: Учеб. пособие по спец. «Радиофизика и электроника». — Мн.: Университетское, 1988.— 304 с: ил.
Изложены важнейшие физические характеристики инжекционных гомо- и гетеролазеров, лазеров с оптической накачкой, электронным возбуждением, стримерных лазеров, лазеров на доменах Ганна и лазеров на полупроводниках в скрещенных электрическом и магнитном полях. В конце каждой главы даны контрольные вопросы и задачи.
Для студентов вузов, а также научных работников, преподавателей, аспирантов и инженеров.

Содержание книги Полупроводниковые лазеры
Предисловие
Введение
Вопросы

1 Основные части лазера
§ 1.1. Активные среды
Закон Бугера (39). Спонтанные и вынужденные переходы (40). Естественный контур уровней энергии и спектральных линий (44). Однородное и неоднородное уширение спектральных линий (46). Условия создания инверсной населенности (48).

§ 1.2. Накачка
Разновидности накачки (50). Насыщение поглощения в системах с дискретными уровнями энергии (51). Насыщение поглощения в полупроводниках (56). О невозможности создания активной среды (59).

§ 1.3. Оптические резонаторы
Типы резонаторов (61). Коэффициент потерь плоского резонатора (64). Типы электромагнитных колебаний (лазерные моды) (66). Спектральное расстояние между модами (69). Устойчивые и неустойчивые резонаторы (69). Добротность резонатора (70).
Вопросы и задачи

2. Порог генерации инжекционных лазеров
§ 2.1. Генерация по трех- и четырехуровневым схемам
Признаки преодоления порога (75). Общее выражение для порога генерации систем с дискретными уровнями энергии (76). Мощность генерации (79).

§ 2.2. Активный слой инжекционных гомо- и гетеролазеров
Электронные характеристики лазерных р—n -переходов (81). Гетеро-структуры (83). Квантоворазмерные структуры (КРС) (88).

§ 2.3. Пороговый ток
Соотношение между порогом, мощностью и квантовым выходом люминесценции (90). Зависимость порога от толщины активного слоя (92). Зависимость порога от коэффициента потерь (94). Ток инверсии и параметров (99). Максимальный коэффициент усиления (100). Поглощение излучения свободными носителями в активном слое (101). Температурная зависимость порога (102). Учет зависимости функции плотности состояний от уровня заполнения зон (107).

§ 2.4. Усиленная люминесценция в лазерах
Люминесценция — неустранимый источник излучения (108). Коэффициент потерь люминесценции (111). Влияние усиленной люминесценции на порог генерации (112). Лазер с непланарным р—n -переходом (114).
Вопросы и задачи

3. Мощность и КПД стационарной генерации лазерных диодов
§ 3.1. Люминесценция и генерация
Рост люминесценции после преодоления порога (121). Мощность генерации в линейном приближении (122). Внутренний и внешний квантовые выходы генерации (123). Ватт-амперная характеристика генерации (125).

§ 3.2. Максимальная мощность и предельный КПД генерации
Оптимальный режим генерации (127). Максимальный КПД при const (129). Плотность тока при максимальном КПД диода и Kn = const (129). Предельный КПД генерации (131).

§ 3.3. Основные каналы потерь энергии в инжекционных лазерах
Внутренние лазерные параметры (134). Определение значений р(135). Определение % и р (136). Рассеяние генерируемого излучения в активной среде (137).

§ 3.4. Спектральные и пространственные характеристики генерируемого излучения
Одномодовый и многомодовый режимы генерации (138). Угол расходимости лазерного луча (144). Экспериментальное определение спектра усиления активной среды (147). Лазеры с распределенной обратной связью (150).
Вопросы и задачи

4. Временные характеристики генерации инжекционных лазеров
§ 4.1. Свободная импульсная генерация
Динамические режимы работы лазеров (155). Время задержки генерации (158). Зависимость порога от длительности возбуждающего импульса (161). Переходный режим генерации (162).

§ 4.2. Генерация нано- и пикосекундных импульсов излучения
Сокращение длительности импульсов генерации путем модуляции добротности резонатора (165). Генерация пикосекундных импульсов излучения в режиме синхронизации мод (167).

§ 4.3. Модуляция излучения. Шумы
Амплитудная и частотная автомодуляции (169). Амплитудные шумы инжекционных лазеров (172). Модуляция излучения гармоническим токовым сигналом (175).
Вопросы и задачи

5. Лазеры с оптической накачкой
§ 5.1. Поглощение света в полупроводниках
Особенности оптической накачки (181). Межзонное поглощение (184). Экснтонное поглощение (186). Примесное поглощение (189). Поглощение свободными носителями (191). Двухфотонное поглощение (192). Нелинейное оптическое пропускание плоскопараллельных пластин (193).

§ 5.2. Энергетические характеристики межзоиной и примесной генерации
Порог генерации с учетом насыщения поглощения (196). Мощность и КПД генерации (198). Генерация при неоднородном возбужде¬нии (200).

§ 5.3. Экситонный механизм генерации
Спектр усиления (201). Мощность и спектр генерации (204).

§ 5.4. Лазеры микрорезонаторные, с распределенной обратной связью и на динамических решетках
Лепестковые и игольчатые лазеры (206). Микрорезонатор на электронно-дырочной жидкости (209). РОС-лазеры (210). Параметрическая генерация (212).
Вопросы и задачи

6. Лазеры с электронной накачкой
§ 6.1. Возбуждение полупроводников быстрыми электронами
Виды потерь энергии электронов в твердом теле (217). Пространственное распределение возбужденных электронов и дырок (218). Поперечное и продольное возбуждение (221).

§ 6.2. Пороговые характеристики
Зависимость плотности порогового тока от энергии электронов (223). Рост порога с увеличением коэффициента потерь (224). Температурные характеристики (226).

§ 6.3. Свойства генерируемого излучения
Спектр генерации (227). Индикатриса излучения (228). Мощность генерации (228). КПД генерации (231).
Вопросы и задачи

7. Возбуждение генерации электрическим и магнитным полями
§ 7.1. Свойства стримерных разрядов в полупроводниках
Возбуждение стримеров (235). Типы неполного электрического пробоя (239). Звезда стримеров (240). Зависимость локализации поверхностных стримеров от полярности напряжения (244). Тушение и стимуляция стримерных разрядов излучением (244). Стримерная люминесценция (245).

§ 7.2. Теоретические представления о природе стримерных разрядов
Кристаллографическая направленность (246). Генерация свободных носителей (249). Стримеры в полупроводниках — кооперативные самоорганизованные процессы (253).

§ 7.3. Генерация излучения
Стримерный лазер с плоским резонатором (258). Генерация вдоль канала стримера (261). Возбуждение генерации электрическим полем доменов Ганна (262).

§ 7.4. Лазеры дальнего ИК диапазона на полупроводниках в скрещенных электрическом и магнитном полях
Внутризонное возбуждение носителей электрическим и магнитным полями (264). Пороговые условия (268). Мощность и КПД генерации (269). Тонкая структура спектра излучения (269).
Вопросы и задачи

8. Деградация лазеров
§ 8.1. Внешние проявления деградации
Определение терминов «деградация» и «отказ» (275). Увеличение порога генерации (276). Падение внутреннего квантового выхода и мощности генерации (277). Затухание люминесценции (279). Ухудшение спектральных и пространственных характеристик излучения (279). Уменьшение времени жизни носителей (280). Изменение внутренних лазерных параметров (280).

§ 8.2. Основные механизмы деградации
Дефекты темных линий (281). Дефекты темных пятен (283). Размножение и комплексообразование точечных дефектов (285). Разрушение зеркал резонатора. (287).

§8.3. Отбраковка лазеров. Прогнозирование ресурса
Отбраковка до ресурсных испытаний (288). Ресурсные испытания (290). Прогнозирование ресурса (290). Способы повышения ресурса (292).
Вопросы и задачи

Послесловие
Ответы на задачи
Численные значения величин, используемых при решении задач
Рекомендуемая литература
Основные сокращения и обозначения

Скачать книгу Грибковский В. П. Полупроводниковые лазеры: Учебное пособие по специальности «Радиофизика и электроника». Минск, Издательство Университетское, 1988