546 2

Stan

metałtotnlny

Stan

podstawowy

„we    14 Schrmaiyc/ny wykiw energetyczny dl. Iwera rrtjpowomowcgo Prwjlcte J-ucru,**-

^S 6 na«fPU»c miedzy po/iomam. pasm £, l £,. Szerokie pasmo £, . wąskie £, umotl,w,*_w uyyduuwe du/c; efekt y*noie, pompowani, i du/cj inwersji populacji

Inwersję można uzyskać znacznie łatwiej w przypadku trzech pasm energ,, elektronów z szerokim pasmem o największej energii £₃, a wąskim o pośredniej £, ,₀s I6.M) Pasmo o największej energii £₃, tzw. pasmo pompowania umożliwia osiągnięcie dużej sprawności pompowania. Elektrony z tego pasma przechodzą na poziom pośredni po ok. 10“¹⁴ s. emitując fotony. Ponieważ pasmo E₂ jest wąskie , jedynie słabo sparowane ze stanem podstawowym, więc elektrony pozostają w mm znacznie dłużej niż w paśmie £₃. tj- przez mikro- lub milisekundy, co umożliwia inwersję liczby elektronów. Intensywniejszą inwersję można uzyskać w laserze czteropoziomowym. w którym poziom energetyczny £, jest szybko opróżniony

przez przejście z niego elektronów na niższy poziom E₀.

Lasery półprzewodnikowe charakteryzują się małymi rozmiarami i dużą sprawnością. Są szeroko stosowane w drukarkach laserowych, odtwarzaczach CD, pomiarach odległości, a szczególnie w telekomunikacji optycznej. Laser półprzewodnikowy składa się z mocno domieszkowanego (10¹⁵ mm ³) złącza p-n spolaryzowanego w kierunku przewodzenia (rys. 16.15). W laserach półprzewodnikowych stan inwersji obsadzeń uzyskuje się dzięki dużej polaryzacji w kierunku przewodzenia mocno domieszkowanego złącza p-n. Jeżeli przyłożone napięcie jest równe lub większe od szerokości przerwy energetycznej, to zachodzi wzbudzenie elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa, powodujące konieczną w laserze inwersję populacji elektronów między warstwami p i n w obszarze złącza. Po stronic/> złącza występuje duża gęstość elektronów, a po stronie n duża gęstość Jziur elektronowych (rys. 16.!5b). Na złączu następuje spontaniczna rekombinacja dektronów z dziurami i emisja fotonów, które stymulują emisję dodatkowych ocooów. Dwie przeciwległe, równoległe do siebie, zewnętrzne ściany złącza są wypolerowane i wysoce odbijające, dlatego niektóre z fotonów są wielokrotnie dbtjane w obszarze złącza, gdzie stymulują dalszą emisję fotonów. Część

^^TOSOW‘^N'^E

Q ©    ©    ©    ©    ©    0

_o)^⁰00©©e©e©

gjBESSQQQ

0 000^0000

.    0©0©0©G©

^b/0©0G0©OG©

■PH+5-H-ł-l

00000000_E +

00300000 ^ł4°w^r--^ł

RYS. te. 15. a) złącze pn przed przyłożeniem napięcia, b) to samo /Jączc po polaryzacji w kierunku przewodzenia powodującej inwersję populacji: łączeniu ssę elektronów z dziurami towarzyszy emisja fotonów, stymulująca dalszą emisję fotonów, c) odbijanie lam 11 powrotem fotonów utworzonych przez emisję wymuszoną powoduje, ze część fotonów jest emitowana na zewnątrz w postaci Światła laserowego

odbijanych fotonów jest emitowana z końca kryształu w postaci intensywnego, koherentnego i monochromatycznego światła (rys. I6.15c).

Diody świecące (elektroluminescencja) mają duże znaczenie techniczne, gdyż są tanimi, małymi, trwałymi i o dużej sprawności źródłami światła. Są one stosowane między innymi do wyświetlania napisów w kalkulatorach, zegarkach i innych urządzeniach elektronicznych. Diody świecące, podobnie jak lasery półprzewodnikowe, składają się ze złącza p-n o polaryzacji w kierunku przewodzenia. Przyłożone napięcie do diody powoduje rekombinację dziur i elektronów na złączu oraz emisję fotonów. Precyzyjna równoległość ścian zewnętrznych nie jest wymagana, gdyż dioda nie pracuje w taki sposób jak laser. Emitowane światło nie jest

547