Cu rou am indicat punctele care nu le-am gsit, le-am gsit parial sau termenii de traducerea crora nu-s sigur 18Categoriile surselor de radiaie Exist dou tipuri de baz de surse de radiaie: termice i luminescente.Radiaia termic este emis de corpurile nclzite, iar intensitatea i distribuia spectral ale ei sunt determinate de formula lui Planck, conform creia, energia emis sub form de cldur timp de o secund este direct proporional cu , iar lungimea de und a maximumului de radiaie este , unde valoarea absolut a temperaturii corpului.Spectrul de radiaie a corpurilor nclzite se situeaz, n general, n diapazonul infrarou.n optoelectronic se folosesc, de obicei, surse de radiaie cu luminescen. Luminescena poate fi: fotoluminescen, catodoluminescen, chimiluminescen, bioluminescen, electroluminescen.Caracteristicile de baz Raportul dintre numrul tranziiilor radiative i numrul total de tranziii se numete eficien cuantic intern:

n cazul electroluminescenei,

unde: fluxul de fotoni; numrul de electroni care au trecut prin cristal.ntruct nu toi fotonii prsesc dispozitivul, pentru caracterizarea radiaiei se folosete eficiena cuantic extern

unde: coeficient prin care se ine cont de pierderile prin reflexia i absorbia luminii n structur.Eficiena energetic extern (randament) este

unde: energia electronului; energia fotonului.n caz general

unde: fluxul de radiaie, adic numrul fotonilor emii ntr-o secund; densitatea spectral a radiaiei, integrat n limitele diapazonului spectral al radiaiei; puterea consumat.Tranziiile radiative de baz n semiconductori Practic toate tranziiile inverse din corpul solid, care au loc dup absorbia energiei, n rezultatul crora energia electronului se micoreaz, pot fi nsoite de radiaie. Prin folosirea materialelor cu diferit i cu diferite impuriti, se pot obine radiaii din tot spectrul vizibil, infrarou i ultraviolet.

1. Recombinare fundamental (band-band)2. Cu participarea purttorilor de sarcin fierbini3. Band-acceptor4. Donor-band5. Recombinare donor-acceptor6. Prin intermediul centrelor adnci7. Tranziii intrazonale, care decurg cu participarea purttorilor fierbini8. Recombinare excitonicDiode luminescente pe baza jonciunii p-n Dioda luminescent reprezint sursa de radiaie de baz n optoelectronic. Ea reprezint o jonciune polarizat direct, n care are loc recombinarea electronilor i golurilor att n regiunea sarcinii spaiale, ct i la distana de difuzie i a purttorilor minoritari de ambele pri a ei.

Tensiunea aplicat micoreaz bariera potenial i creeaz condiia pentru injecia electronilor n regiunea i a golurilor n regiunea .Ecuaia caracteristicii curent-tensiune ideale a jonciunii are forma:

unde: curentul de saturaie a jonciunii .Diode luminiscente cu heterojonciuni

Eficiena cuantic i metodele de optimizare a eficienei cuantice Raportul dintre numrul tranziiilor radiative i numrul total de tranziii se numete eficien cuantic intern:

sau

unde: coeficientul de injecie (poriunea din curentul electronilor care nimerete n regiunea ); poriunea tranziiilor radiative.Coeficientul de injecie i eficiena cuantic intern depind de curent. La cureni mici prevaleaz recombinarea n regiunea sarcinii spaiale, unde probabilitatea tranziiilor radiative este mic. Prin urmare, cu creterea curentului, eficiena cuantic sporete, dup care devine constant.

La cureni mari, se micoreaz din cauza nclzirii structurii i creterea numrului tranziiilor neradiative.Eficiena cuantic extern () este mereu mai mic ca cea intern din cauza pierderilor la trecerea prin structur.Pentru mbuntirea condiiilor de ieire ale radiaiei se pot utiliza diferite forme geometrice ale diodei.

De asemenea, o mrire esenial a eficienei cuantice poate fi obinut prin utilizarea heterostructurilor.Materiale i construcii ale diodelor luminiscente -

Construcia a trei tipuri de diode luminescente: semisfer, trunchi de sfer, paraboloid.Materialele de baz pentru diode luminiscente sunt materialele grupei: AIIIBV: GaAs, InP, GaP i soluiile solide n baza lor. Ele posed, n mare parte, direct i o luminescen intens. Modificnd coninutul soluiei se poate schimba nu doar , ci i coeficientul de refracie .Dioda Burrus i dioda supraluminiscen

Dioda Burrus

Dioda supraluminescenAceste tipuri de diode folosesc heterostructuri duble.Conexiunea diodei cu fibra optic

Conexiunea diodei supraluminescen cu fibra optic [http://www.do.gendocs.ru/docs/index-274934.html]****** DE ELIMINATNOT: Construcia diodei Burrus, din punctul precedent, reprezint, de asemenea, conectarea cu fibra optic.****** DE ELIMINAT

19Generatoare cuantice de lumin Generatoarele cuantice de lumin reprezint dispozitive care transform energia de pompaj (optic, electric, termic, chimic, etc.) n radiaie coerent, monocromatic, polarizat i cu direcionare ngust.Tranziii cuantice i principiul de generare optic Tranziia cuantic reprezint trecerea sistemului cuantic de pe un nivel pe altul. n timpul acestei treceri, se emite sau absoarbe o cuant de lumin.Tranziiile radiative pot fi spontane sau stimulate. La tranziii spontane radiaia este necoerent. Frontul undei se schimb haotic n timp i cu distana. O astfel de radiaie nu poate fi utilizat pentru amplificarea sau generarea undelor electromagnetice. Dac sistemul cuantic este iradiat cu un cmp electromagnetic de o frecven corespunztoare, atunci cuantele acestei radiaii pot interaciona cu particulele nivelurilor att superior, ct i inferior, ceea ce duce la radierea sau absorbia fotonilor. n acest caz, radiaia provocat este coerent. Ea corespunde dup faz cu radiaia incident. Astfel, radiaia stimulat permite obinerea generrii i amplificrii.ntr-un mediu obinuit,

adic, conform legii Lambert-Bouguer, intensitatea luminii ce a trecut prin material scade exponenial.S cercetm un sistem cu dou nivele, n care numrul particulelor ntr-un centimetru cub, ce se afl la un nivel dat, adic posed energiile i , sunt notate prin i . Valorile i se numesc populaiile nivelelor i .

Dac , atunci probabilitatea tranziiilor este mai mare ca a tranziiilor , i n sistem predomin absorbia asupra generrii.Se numete activ, acel mediu, n care . n cazul dat, generarea predomin asupra absorbiei i, n structur, va avea loc amplificarea luminii. Un astfel de mediu se numete cu populaie inversat. Dac , mediul este transparent ().Sisteme cuantice cu trei i patru nivele energetice -, Procesul de creare a populaiei inversate se numete pompaj. Pompajul poate fi: optic, electric, roentgen, chimic, etc.n sistemul cu trei nivele, pompajul se realizeaz la frecvena , iar amplificarea fie la frecvena , fie .

n procesul de pompare tranziia , de obicei, se satureaz, adic . Unul din nivele, sau , trebuie s fie metastabil, adic particulele de pe acest nivel trebuie s aib un timp de via cu mult mai mare dect pe alte nivele. Un astfel de nivel va servi drept rezervor pentru acumularea particulelor i apariia populaiei inversate. Dac este nivelul metastabil, atunci populaia inversat apare ntre nivelele i , dac este metastabil, atunci ntre nivelele i .n sistemul cu patru nivele pompajul poate fi realizat simultan pe dou frecvene: i . Astfel, se obine un nivel ridicat al populaiei inversate. n al doilea caz (vezi desenul de mai jos), din cauza tranziiilor spontane, populaia nivelului crete, iar a nivelului scade, adic, crete populaia inversat ntre nivelele i .

n cazul dat, pentru pompaj este necesar o energie de sute de ori mai mic dect n cazul sistemului cu trei nivele.Schema-bloc a generatorului cuantic -

unde: SA surs de alimentare; MA mediu activ; RP bucla de reacie pozitiv.Rezonatorul, funcia rezonatorului, modele rezonatorului , , Rezonatorul se numete sistemul optic format din dou plane reflectoare (oglinzi), pe pereii crora unda electromagnetic, ce se propag n interiorul acestui sistem, posed componenta vectorului cmpului electric egal cu zero.Mediul activ este plasat n rezonator, care este acordat la frecvena semnalului amplificat. Dac coeficientul de reflexie al pereilor rezonatorului este > 50%, atunci generarea este posibil.De-a lungul axei rezonatorului se rspndete unda plan, care, interfernd cu unda reflectat, formeaz noduri. Numrul depinde de lungimea de und a radiaiei i de lungimea rezonatorului. El determin tipul (moda) structurii longitudinale a undei.Condiia de apariie a undei staionare n rezonator

unde: numr cuantic longitudinal; indicele de refracie; lungimea de und a luminii; lungimea rezonatorului.Tipuri de rezonatoare Drept rezonatoare se folosesc oglinzi de diferite forme (plane (Fabry-Perot), sferice, parabolice), feele prismei cu reflexie intern total, frontierele dintre dou medii cu indicii de refracie diferii.

20Tipurile de baz ale generatoarelor optice n dependen de mediul activ, generatoarele optice se mpart n:1. Cu gaz2. Cu corp solid3. Cu lichid4. Pe baz de semiconductoriConstrucii i caracteristici de baz a laserelor cu gaze i corp solid

Construcia generatorului cuantic optic cu gaze (laser He-Ne); 1 anod; 2- catod; 3 oglinzile rezonatorului; 4 fante de ieire; 5 tub cu descrcare n gaz; 6 surs de tensiune nalt.Caracteristici specifice ale laserelor cu gaze sunt:1. Limea liniei spectrale este apropiat de cea real.2. Stabilitatea frecvenei de radiaie ().3. Divergena fluxului .4. Grad nalt al polaritii radiaiei.

Construcia laserului cu corp solid; 1 element activ; 2 lamp de pompaj; 3 reflector; 4 rezonator; 5 bloc de alimentare; 6,7 elemente de rcire; 8 element de dirijare.Randamentul laserului cu corp solid nu depete 3%. Puterea de emisie impuls constituie pentru lasere de putere mic i pentru cele de putere mare. Laserele de putere funcioneaz n impulsuri cu frecvena i durata . Divergena fluxului luminos este de la civa milimetri, pn la cteva minute unghiulare.Diagramele energetice ale laserelor cu gaze i corp solid

Schema nivelelor energetice a compusului He i Ne

Diagrama energetic a laserului cu corp solid n baza sticlei cu NdPuterea de emisie i categoriile de pierderi n lasere cu corp solid Puterea de emisie impuls constituie pentru lasere de putere mic i pentru cele de putere mare. Laserele de putere supra-nalt au cu durata i cu durata .

Aplicaii ale laserelor cu gaze i cu corp solid Utilizarea laserelor cu gaze este, cu perspectiv, n spaiile cosmice. n astfel de condiii, este posibil transmisiunea informaiei la o distan de circa 160 de milioane kilometri (pn la Marte) cu viteza 1 Gbit/s, 2700 milioane kilometri (pn la Jupiter) cu viteza 40 Kbit/s, 6400 milioane kilometri (pn la Pluton) cu viteza 1 Kbit/s.

21Lasere pe baz de semiconductori Laserele cu semiconductori sunt lasere n care mediul activ este un cristal semiconductor cu o jonciune .Crearea inversiei de populaie n laserul semiconductor n laserele cu semiconductori, condiia necesar pentru generare este inversia de populaie. n semiconductor, aceasta semnific c toi electronii trebuie s se afle n banda de conducie, iar toate golurile n banda de valen.

Dac energia fotonului este n limitele , unde i nivelele Fermi pentru electroni i goluri respectiv, atunci un astfel de foton nu va fi absorbit de mediu. n plus, el poate provoca tranziia unui electron din banda de conducie n banda de valen. Pentru obinerea inversiei de populaie se folosete o jonciune ntre doi semiconductori dopai puternic la polarizare direct. Dac se folosete acelai semiconductor, laserele n baza acestor structuri se numesc homolasere.Lasere semiconductoare pe baza homo- i heterojonciunilor -

Laser cu structur unidimensional i bidimensional () () Exist dou tipuri de lasere cu heterojonciuni: cu structur unidimensional i bidimensional. Structura unidimensional reprezint combinaia dintre o jonciune i o heterojonciune la o distan mai mic dect lungimea de difuzie (, ).

Diagrama energetic a heterolaserului unidimensional (de tip )Acest tip de lasere este superior homolaserelor, dar posed un ir de neajunsuri: limitarea injectrii ntr-o singur direcie, localizare joas a fotonilor, prsirea purttorilor prin homojonciune la tensiuni mari.Aceste neajunsuri sunt excluse n laserul cu structura bidimensional.Curentul de prag al laserului semiconductor Curentul de prag al laserului, numit i curent de injecie, este curentul la care are loc inversarea populaiei. Pentru homolaser densitatea curentul de prag constituie , iar pentru laserul cu structura bidimensional . Acest lucru permite de obinut generarea la temperatura camerei, fa de homolaser, care funcioneaz doar la temperatura azotului lichid ().Dirijarea cu modele transversale i longitudinale ale laserului - Dac numrul modelor transversale este mare, are loc creterea curentului de prag i apare instabilitatea direciei de emisie, fapt care nrutete caracteristicile. De aceea, regimul de generare trebuie s fie monomod. Aceasta se obine prin micorarea dimensiunilor seciunii ghidului de und ( pentru laserul pe baz de GaAs, avnd lungimea de und ).Pentru obinerea regimului monomod n direcie longitudinal se folosete un rezonator cu pierderi sczute doar pentru o anumit mod longitudinal, adic, doar pentru o mod (de obicei, moda nul) s creasc coeficientul de reflexie al rezonatorului i factorul de calitate. Cu acest scop, au fost create lasere cu legtur distribuit (DFB), lasere cu rezonator vertical (VCSEL), etc.Laserul cu contact n form de band

Acest tip de laser a permis mbuntirea proprietilor laserelor cu structuri duble. Aici, mediul activ este sub form de band.

22Lasere semiconductoare monomod: laserul cu legtur distribuit (DFB), laserul cu reflector Bragg distribuit (DBR), laserul cu rezonator vertical (VCSEL) : (), (), ()

Structura laserului cu legtur distribuit

Structura laserului cu reflector Bragg distribuit

Structura laserului cu rezonator verticalCaracteristici de baz ale laserului monomod (spectrale, de temperatur, de modulaie, dinamice) (, , , )

Caracteristici de temperatur a laserului semiconductor

Lrgirea dinamic a spectrului laserului la modulaie

Caracteristicile de frecven la modulaie a laserului semiconductor