На основе какого материала формируется интегральный лазер

Как создавались полупроводниковые лазеры. Часть II

(Начало здесь.)
К 1962 году стало понятно, что p-n переход может быть использован как лазер. Но при этом он потреблял огромный ток, и поэтому мог работать только в жидком азоте – иначе быстро наступал перегрев. Сегодня мы узнаем, как лазеры научились работать при комнатной температуре и как далеко они ушли от своих прародителей.

От p-n перехода к гетероструктурам

Одной из проблем первых лазеров (как и всей полупроводниковой техники 50-х – начала 60-х годов) было то, что электрические заряды не удавалось локализовать в одной области. Из-за этого они «расплывались» по всей структуре.

Зонная структура первого лазера посередине p-n перехода. Электроны проскакивают рабочую область и утекают вправо. Дырки, соответственно, влево.

«Расплывшиеся» электроны и дырки не просто терялись впустую, но вдобавок еще нагревали структуру. Само собой, это вело к увеличению рабочего тока и перегреву прибора, а еще уменьшало его быстродействие. На это обращает внимание Герберт Крёмер, предлагающий каким-либо образом «изогнуть» зонную структуру, чтобы распространение носителей ограничивалось каким-нибудь барьером:

После нескольких безуспешных попыток появилось простое решение: использовать границу двух полупроводников с разной шириной запрещенной зоны. В этом случае более широкозонный полупроводник будет выступать барьером как для электронов, так и для дырок:

Синие стрелки – широкозонный полупроводник; красная стрелка – узкозонный.

Позже выяснилось, что эта идея уже была предложена Уильямом Шокли в 1948 году. Он называл ее «широкозонный эмиттер», Крёмер же предложил название «гетеропереход» или «гетероструктура», так как барьер образовывался ничем иным, как границей двух разных материалов.

Итак, с появлением гетероперехода носители больше не утекают «вдаль». Но они все еще могут возвращаться обратно, что тоже не несет пользы. А что, если ограничить и движение обратно, добавив второй гетеропереход с другой стороны? Эта идея практически одновременно приходит в голову как Крёмеру, так и Жоресу Алфёрову с Рудольфом Казариновым из ФТИ имени Иоффе. Применение двойной гетероструктуры (ДГС) сулило снижение рабочего тока на пару порядков по сравнению с обычным p-n переходом.

Лазерный диод на двойной гетероструктуре. Электроны и дырки ограничены в пространстве и никуда не растекаются.

Зонные структуры – это прекрасно, но хочется понять, чему они соответствуют в реальном лазере. В принципе, для понимания нужно помнить только одну вещь: любой лазер состоит из нескольких слоев, и на зонной структуре эти слои рисуются справа налево. Скажем, вышеупомянутая двойная гетероструктура:

состоит из трех слоев: сначала (слева) идет слой n-полупроводника (из него приходят электроны), затем – активная область из материала с меньшей шириной запрещенной зоны (в нем электроны и дырки локализуются), и потом – слой p-полупроводника. То есть это как бы p-n переход, в середину которого встроен узкий активный слой. В реальности это выглядит примерно так:

Снизу вверх: n-слой (красный), активный слой (желтый), p-слой (синий). Сверху и снизу приделаны электроды; нижний обычно также служит теплоотводом. Электроны и дырки падают в активный слой и там рекомбинируют; лазерное излучение идет именно из этого слоя.

Концепция ДГС-лазера была очень простой, но реализовать такой переход на практике оказалось делом весьма нетривиальным. Про основную причину я писал в рассказе про синие светодиоды: переход от одного полупроводника к другому должен происходить без нарушения кристаллической решетки. Это значит, что постоянные решеток (т.е. расстояние между атомами) двух полупроводников должно быть почти одинаковым. В 60-е годы разные полупроводники только начинали изучать, и даже постоянные решеток многих из них были неизвестны. Поэтому по обе стороны океана учёные были заняты поиском «оптимальной пары» полупроводников с одинаковыми постоянными решеток, чтобы без проблем вырастить слой одного из них на другом. Это заняло целых пять лет по довольно забавным причинам, которые нельзя не упомянуть.

В институте Иоффе довольно быстро поняли, что оптимальной парой являются арсенид галлия с арсенидом алюминия (GaAs-AlAs). Но оказалось, что AlAs химически нестабилен в воздухе из-за водяных паров. Нестабилен до такой степени, что исследовать его приходилось в керосине! Так как на кону стояла работа лазера в нормальных условиях при комнатной температуре, то от AlAs сразу отказались и перешли на чуть менее перспективную пару GaAs-GaAsP. GaAsP – это троичное соединение, по сути, GaAs, в котором часть атомов мышьяка (As) заменена фосфором (P).

Через два года стало понятно, что GaAs-GaAsP лазер в принципе работает, но только при криогенных температурах. Из-за неидеального согласования постоянных решеток все попытки работы при комнатной температуре оборачивались неравномерным тепловым расширением и распространением дефектов на гетеропереходе. По сути, при включении тока лазер просто трескался по границе двух материалов.

В этот момент выяснилось, что за пару лет до этого кто-то в институте выращивал кристаллы AlGaAs, которые за ненадобностью оказались в письменном столе. Из-за большого содержания алюминия считалось, что за это время они должны разложиться во влажном воздухе. Поэтому новость о том, что за пару лет с кристаллами ничего не случилось, была весьма неожиданной: значит, что AlAs становится стабильным при добавлении небольшого количества галлия! (Стоит добавить, что сегодня возможно работать и с чистым AlAs: его тонкий слой, зажатый между двумя другими материалами, контактирует с воздухом только по очень тонкому краю и поэтому практически не разрушается.) Группа Алфёрова переключается на работу с парой GaAs-AlGaAs, и к 1968 году создает первый в мире лазер, работающий при комнатной температуре.

Проблема групп, работавших в США (RCA, IBM, Bell Labs) оказалась гораздо прозаичнее: они пользовались одними и теми же табличными данными для постоянных решеток, в которых значение для AlAs было неверным. Из-за этого пара GaAs-AlAs ими в принципе не рассматривалась, что задержало исследования на несколько лет! Первыми из американских групп пригодность системы GaAs-AlGaAs показали Руппрехт и Вудол из IBM.

Чуть позже выяснилось, что у ДГС есть еще одно интересное преимущество. Узкозонный полупроводник (который посередине) обычно обладает более высоким показателем преломления, чем широкозонный. Это значит, что он играет роль оптоволокна: свет, излученный в узкозонном слое, не идет во все стороны, а остается в нем до выхода из структуры. Это заметно увеличивает КПД лазера. Таким образом ДГС локализует не только электроны с дырками, но и излученный свет!

Создание гетероструктур оказалось гигантским прорывом в микроэлектронике. Он не остался незамеченным: за создание ДГС Алфёров и Крёмер были удостоены Нобелевской премии в 2000 году. Шокли получил свою Нобелевскую премию гораздо раньше – в 1956 году, за открытие транзистора.

Полосковая геометрия

Лазер, сделанный Алфёровым с коллегами, работал при комнатной температуре, но был импульсным. Следующей задачей было сделать лазер, работающий непрерывно. Основная проблема по-прежнему заключалась в теплоотводе: при непрерывной работе центральная часть лазера попросту перегревалась. К решению подходили с разных сторон: американские группы пытались приделать к лазеру эффективный алмазный теплоотвод, советские – использовать лазер не квадратной, а узкой вытянутой формы. Оба подхода оказались успешными, но второй – создание лазеров полосковой геометрии – оказался гораздо практичнее. Для него не нужен был алмаз, а обработка кристалла была гораздо проще.

Лазер с полосковой геометрией. Активная область представляет собой узкую длинную полосу, от которой хорошо отводится тепло.

Резонатор

В первой части мы узнали, что для создания зеркала можно отшлифовать края кристалла или просто аккуратно сколоть их. Еще можно поставить или приклеить зеркала снаружи – и, казалось бы, на этом идеи исчерпаны. Отнюдь! В 1971 году группа Алфёрова предложила использовать периодическую решетку, нанесенную на верхнюю плоскость активного слоя.

Удивительно то, что эта решетка не перпендикулярная лазерному лучу (как привычные нам зеркала), а параллельна ему! Несмотря на это, такая решетка не просто работает как эффективный резонатор, но и выдает хорошо сколлимированный лазерный луч. Называется это лазером с распределенной обратной связью.

Квантовые ямы

Давайте сближать две границы ДГС, уменьшая толщину активного слоя. C определенного момента близость барьеров с двух сторон начнет существенно влияет на поведение электрона. Это связано с квантованием движения электрона, поэтому такой объект называется квантовой ямой.

Главной особенностью квантовой ямы является то, что электроны не могут находиться на самом дне. Самый нижний уровень, на котором они могут располагаться (на рисунке Е₁), называется основным (или первым) энергетическим уровнем квантовой ямы и находится заметно выше ее дна. А еще электрон может сидеть на более высоких энергетических уровнях – втором, третьем и так далее. Чем-то напоминает разные электронные орбитали в атомах.

А теперь самое интересное: глубина основного уровня может меняться в зависимости от ширины квантовой ямы. То есть сделали слой квантовой ямы пошире – уровень опустился глубже; поуже – уровень поднялся вверх:

Квантовые ямы разной ширины. Шире яма – ниже уровень, и наоборот.

Получается, немного изменяя ширину квантовой ямы, можно аккуратно подстраивать энергию лазерного перехода, а значит, и длину волны излучения! Эта новая степень свободы открыла простор для создания лазеров с практически произвольной длиной волны (разумеется, в разумных пределах).

Сегодня технологии роста кристаллов с произвольными толщинами слоев на основе GaAs хорошо отлажены. Но в каком-то смысле это дело небезопасное: и галлий, и мышьяк весьма ядовиты. В некоторых техпроцессах используется арсин (AsH₃), еще более ядовитый газ со слабым запахом чеснока. Разумеется, на производстве стоят детекторы на утечку, но опытные технологи знают: если запахло чесноком – быть беде.

…Как-то раз в одном НИИ в ночь на первое апреля, когда все технологи уже разошлись по домам, один шутник решил намазать баллоны с арсином чесноком. С утра технологи вошли в помещение, вдохнули… Говорят, эвакуацию и вправду объявили, а что технологи сделали с шутником, история умалчивает :).

Квантово-каскадный лазер

Лазер излучает свет, когда электрон падает с более высокого энергетического уровня на более низкий. Например, из зоны проводимости в валентную зону (как все лазеры, рассмотренные выше). Или, скажем, с третьего уровня в квантовой яме на первый:

Интересная идея, не правда ли? Осталось как-то загнать электрон на верхний уровень. Наиболее эффективным оказалось использовать туннелирование из соседней квантовой ямы (подобная идея была предложена Рудольфом Казариновым и Робертом Сурисом из института Иоффе в 1971 году). Еще лучше получится, если поставить рядом много квантовых ям, чтобы электрон двигался из одной в другую, излучая свет:

Синие стрелочки – туннелирование из соседней ямы, красные – излучение света. Зонная структура сильно наклонена из-за приложенного напряжения.

Как видно, электрон поочередно излучает фотон и туннелирует в соседнюю яму, проходя несколько таких каскадов. По этой причине лазер назвали квантово-каскадным. Из схемы видно, что для его работы нужно точно согласовать энергетические уровни во всех квантовых ямах, что не так-то просто. Впервые это удалось Федерико Капассо и коллегам из AT&T в 1994 году.

Из особенностей квантово-каскадного лазера стоит отметить, что один электрон позволяет получить несколько фотонов, по одному на каскад. Это, несомненно, повышает КПД лазера. А еще расстояние между уровнями квантовой ямы очень невелико, поэтому излученный фотоны имеют большую длину волны. Это позволяет создавать эффективные лазеры, излучающие в ближнем и среднем ИК диапазоне.

VCSEL

У всех вышеупомянутых лазеров излучение распространяется перпендикулярно p-n переходу. В принципе, никто не мешает сделать так, чтобы излучение и p-n переход были параллельны. Для этого нужно немного изменить форму контактов и расположение зеркал. Получится примерно так:

Лазер на основе GaAs-AlAs. Синие слоистые структуры (DBR) – многослойные зеркала, я про них как-то рассказывал. Красный слой между зеркалами – квантовая яма, т.е. активная область. Желтым показаны электроды, они контактируют с зеркалами, которые проводят ток к активной области. Верхний электрод кольцевой, чтобы пропускать свет через середину; нижний кольцевой, потому что по-другому его не сделать.
Справа-сверху – лазер глазами электронного микроскопа. Кто догадается, почему половина слоев зеркала почернела с одного края, тому плюсик :).

Как видно из рисунка, этот лазер излучает свет не вбок, а вверх. Называется такая структура VCSEL – vertical cavity surface emitting laser, переводя дословно, поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором. Впервые эта идея была реализована в 1977 году группой Кеничи Ига из Токио, еще несколько лет потребовалось, чтобы оптимизировать лазеры. Преимущества того, что получилось, оказались впечатляющими:

— очень низкий рабочий ток
— низкая емкость перехода и, как следствие, высокое быстродействие
— возможность изготавливать зеркала и активную область за один этап техпроцесса
— возможность создания матрицы излучающих диодов на одном кристалле (причем, за тот же один этап техпроцесса!)

Матрица VCSEL.

Все эти свойства предопределили использование VCSEL в телекоммуникациях. Сейчас они уже применяются для передачи данных со скоростью 10 Гбит/с, исследуется возможность создания диодов на более высокие скорости – вплоть до 40 Гбит/с.

В русском языке устоявшегося аналога термина VCSEL нет. Мне нравится аббревиатура ВИЛ – вертикально излучающий лазер. Но чаще используют английский вариант с произношением «виксел» или «вексель». Иногда это приводит к казусам. Как-то раз в СМИ проскакивала заметка о новом производстве лазеров под рабочим названием «ВексельКом»; некоторые комментаторы предположили, что дело не обошлось без известного бизнесмена Вексельберга :).

А еще есть разновидность VCSEL, у которых нет верхнего зеркала – вместо него на каком-то расстоянии от лазера стоит внешнее зеркало. Их называют VECSEL – vertical external cavity surface-emitting laser. На слух названия не отличаются вообще! Я не знаю, как с этим борются англоговорящие, а по-русски VECSEL обычно называют дисковым лазером – его конструкция и правда сходна с обычными дисковыми лазерами.

Квантовые нити и квантовые точки

Как мы видели выше, квантовая яма – это очень тонкий слой полупроводника. Электроны, попавшие в нее, становятся по сути двумерными: они не могут вырваться вверх или вниз, но могут двигаться вперед-назад и влево-вправо. В начале 80-х годов появился вопрос: а можно ли дальше уменьшить размерность активной области (то есть сделать одномерный или нульмерный объект), и если да, то будет ли от этого какая-либо польза?

Двумерная, одномерная и нульмерная структуры.

Довольно скоро удалось изготовить такие структуры. Одномерную стали называть квантовой нитью или квантовой проволокой (“quantum wire”), нульмерную – квантовой точкой (“quantum dot”). Физика их оказалась крайне интересной; ну а что касается лазеров, то оказалось, что применение квантовых точек позволяет еще сильнее снизить рабочий ток лазеров. Их эффективность можно сравнить с предыдущими поколениями лазеров на наглядном графике:

Эволюция лазерных диодов. По вертикали – пороговый ток (чем меньше, тем легче заставить лазер работать). Три пунктира соответствуют трем поколениям технологий: двойные гетероструктуры, квантовые ямы, квантовые точки. Каждое следующее поколение снижало пороговый ток примерно на порядок.

Основной проблемой квантовых точек до сих пор остается сложность их изготовления: все полупроводниковые технологии уж слишком заточены под рост кристаллов «слой за слоем». Зато перед ними открываются невероятные перспективы, и энергоэффективные лазеры – лишь малая их часть. Точки в структурах типа VCSEL демонстрируют разнообразные квантовооптические эффекты; отдельно стоящие точки могут использоваться как источники одиночных и запутанных фотонов; их магнитные свойства позволяют рассматривать их как перспективные кубиты, и многое многое другое. Но это уже совсем другая история.

Источники

[1] Лекция Ж. И. Алфёрова в телепередаче «Academia», части первая и вторая.
[2] Нобелевские лекции по физике 2000 года в переводе журнала «Успехи физических наук».
[3] Kenichi Iga “Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: Its Conception and Evolution”, Jap. J. of Appl. Phys. 47 (1), 1 (2008).

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2021

В данной работе будет рассмотрен принцип работы, устройство, область применения и типы полупроводниковых лазеров.

Термин «лазер» появился сравнительно недавно, а кажется, что существует он давным-давно, так широко он вошел в обиход. Появление лазеров — одно из самых замечательных и впечатляющих достижений квантовой электроники, принципиально нового направления в науке, возникшего в середине 50-х годов.

Лазер (1) (от англ. laser , акроним о l ight a mplification by s timulated e mission of r adiation «усиление света посредством вынужденного излучения »), или оптический квантовый генератор — это устройство, преобразующее энергию накачки ( световую , электрическую , тепловую , химическую и др.) в энергию когерентного , монохроматического , поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Полупроводник (2)— материал , по удельной проводимости занимающий промежуточное место между проводниками и диэлектриками , и отличающийся от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения . Основным свойством полупроводников является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.

Полупроводниковый лазер (3) — твердотельный лазер , в котором в качестве рабочего вещества используется полупроводник . В таком лазере, в отличие от лазеров других типов (в том числе и других твердотельных), используются излучаемые переходы не между уровнями энергии атомов , молекул и ионов, а между разрешёнными энергетическими зонами или около зон кристалла .

Рис.1- Лазер (оптический квантовый генератор).

Формально, полупроводниковые лазеры также являются твердотельными лазерами, однако их принято выделять в отдельную группу, т.к. они имеют другой принцип работы.

Схематически процесс возникновения усиления в полупроводниках (4).

Conduction band — зона проводимости, valence band — валентная зона, pumping — накачка, light emission — излучение света.

Без накачки большинство электронов находится в валентной зоне. Пучок накачки с фотонами с энергией немного больше ширины запрещенной зоны возбуждает электроны и переводит их в более высокоэнергетическое состояние в зоне проводимости, откуда они быстро перемещаются в состояние вблизи дна зоны проводимости. В то же время, дырки, генерируемые в валентной зоне, перемещаются в ее верхнюю часть. Электроны из зоны проводимости перемешиваются с этими дырками, испуская фотоны с энергией, приблизительно равной ширине запрещенной зоны. Этот процесс может также стимулироваться входящими фотонами с подходящей энергией. Количественное описание основывается на распределении Ферми-Дирака для электронов в обеих зонах.

Большинство полупроводниковых лазеров являются лазерными диодами с накачкой электрическим током, и с контактом между n-легированными и р-легированными полупроводниковыми материалами. Есть также полупроводниковые лазеры с оптической накачкой, где носители появляются за счет поглощения возбуждающего их света, и квантово каскадные лазеры, где используются внутри зонные переходы.

Основными материалами для полупроводниковых лазеров (и для других оптоэлектронных устройств) являются (5):

GaAs (арсенид галлия)

AlGaAs (арсенид галлия — алюминия)

GaP (фосфид галлия)

InGaP (фосфид галлия — индия)

GaN (нитрид галлия)

InGaAs (арсенид галлия — индия)

GaInNAs (арсенид — нитрид галлия индия)

InP (фосфид индия)

GaInP (фосфид галлия — индия)

Перечисленные полупроводники являются прямозонными; полупроводники с непрямой запрещенной зоной, такие как кремний, не обладают сильным и эффективным световым излучением. Так как энергия фотона лазерного диода близка к энергии запрещенной зоны, полупроводниковые композиции с разными энергиями запрещенной зоны позволяют получить излучение с различными длинами волн. Для трех и четырехкомпонентных проводников энергия запрещенной зоны может непрерывно существенно изменяться в некотором диапазоне. В AlGaAs = Al_xGa_1-xAs, например, повышение содержание алюминия (рост х) приводит к уширению запрещенной зоны.

Помимо вышеупомянутых неорганических полупроводников, могут также использоваться органические полупроводниковые соединения для полупроводниковых лазеров. Соответствующая технология еще молодая, но она бурно развивается, так как перспективы дешевого и массового производства таких лазеров весьма привлекательны. До сих пор были продемонстрированы органические полупроводниковые лазеры только с оптической накачкой, так как по разным причинам трудно достичь высокой эффективности за счет электрической накачки.

Рис.4- Процесс возникновения усиления в полупроводниках.

Рис.5- Основные материалы для полупроводниковых лазеров (и для других оптоэлектронных устройств).

Существует большое разнообразие различных полупроводниковых лазеров, охватывающих широкие области параметров и используемые в различных областях применений. Можно создать полупроводниковый лазер с практически любой длиной волны. Он будет находиться в диапазоне от ближнего УФ излучения до ближнего ИК излучения. Так же существует стандартный набор длин волн, лазеров, оптимизированный для различных применений.

*УФ- ультрафиолетовое излучение.

*ИК- инфракрасное излучение.

Т ипы полупроводниковых лазеров:

• Небольшие лазерные диоды порядка нескольких милливатт (или до 0,5 Вт) выходной мощности в пучке, с высоким качеством пучка. Они используются в лазерных указках, проигрывателях компакт-дисков и для оптической волоконной связи. (Рис.6→)

• Полупроводниковые лазеры с внешним резонатором (ECDL — External cavity diode lasers) содержат лазерный диод в качестве активной среды в более длинном лазерном резонаторе. Зачастую они могут быть перестраиваемыми по длине волны, и обладать узкой линией излучения.

• В монолитных лазерных диодах, а также в лазерах ECDL (с внешним резонатором) малой мощности также может быть осуществлена синхронизация мод для получения сверхкоротких импульсов.

• Большое количество лазерных диодов способны генерировать до нескольких ватт выходной мощности, но качество пучка уже будет значительно хуже.

• Мощные диоды объединяют в массив с большой площадью излучающей области. Они могут генерировать десятки ватт излучения, но с плохим качеством пучка.

• Диодные линейки, содержащие множество диодов, объединяют один массив и используют их для получения чрезвычайно высоких степеней мощности порядка сотен или тысяч ватт. (Рис.7→)

• Поверхностно-излучающие лазеры (VCSELs), излучают в направлении, перпендикулярном пластине, обеспечивая несколько милливатт мощности с высоким качеством пучка.

• Поверхностно-излучающие лазеры (VCSELs) с оптической накачкой и внешним резонатором (VECSELs) способны генерировать несколько ватт выходной мощности с отличным качеством пучка, даже в режиме синхронизации мод.

• Квантово-каскадные лазеры работают на внутризонных переходов (а не межзонных переходах) и, как правило, излучают в средней инфракрасной области, иногда терагерцового диапазона. Они используются в спектроскопии для газового анализа, для подсветки в среднем ИК диапазоне и т.д.

Д ля получения лазерного излучения с узкой спектральной линией используются лазеры с встроенным Брэгговским отражателем (DBR и DFB лазеры), или с внешним резонатором. (Рис.8→)

Богданкевич О. В., Дарзнек С. А., Елисеев П. Г. Полупроводниковые лазеры. Москва: "Наука", 1976. – 416 с.

Грибковский В. П. Полупроводниковые лазеры: Учеб. пособие по спец. «Радиофизика и электроника». — Мн.: Университетское, 1988.— 304 с.

Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. — Москва: Мир, 1980. -540 с.

Материалы квантовой электроники : Учебное пособие для втузов / Н. Г. Рябцев ; Ред. Е. А. Верный . – М. : Советское радио, 1972 . – 384 с.

Виды лазеров: 4 метода классификации

Лазер известен как одно из четырех великих изобретений 20-го века, лазерный луч — это не свет, существующий в природе, а свет, изобретенный человеком на основе квантовой теории. От естественного света лазер отличают характеристики и процесс его генерации.

Лазер называют «самым быстрым ножом, самым ярким светом и самой точной линейкой»:

По сравнению с естественным светом лазер обладает такими характеристиками, как высокая интенсивность, хорошая монохроматичность, хорошая когерентность и хорошая направленность.

Лазер — это продукт атомного стимулированного излучения:

Возбужденный энергией источника накачки, атом может перейти в высокоэнергетическое состояние. В это время, если он столкнется с внешним фотоном с определенной частотой, он испустит идентичный фотон. Эти два фотона заставят больше атомов перейти и выпустить такой же фотон. Этот процесс называется стимулированным излучением, а генерируемый свет — «лазерным».

Частота, фаза, направление распространения и состояние поляризации фотонов, испускаемых стимулированным излучением, и посторонних фотонов абсолютно одинаковы, поэтому лазер имеет характеристики высокой интенсивности, хорошей монохроматичности, хорошей когерентности и хорошей направленности.

Схематическая диаграмма перехода на атомный энергетический уровень

Схематическая диаграмма процесса стимулированного излучения

Особенности лазеов:

• Хорошая направленность;
• Хорошая монохроматичность;
• Высокая мощность;
• Высокая когерентность.

История создания лазерного оборудования

• Эйнштейн впервые предложил идею стимулированного излучения в 1917 году;
• В 1960 году появился первый в мире рубиновый твердотельный лазер;
• Коммерческое использование началось в 1970-х годах и сейчас находится на стадии бурного развития:
• После изучения механизма взаимодействия лазерного луча с материей, область применения лазера также расширяется. После 1990-х годов промышленное применение перешло в стадию высокоскоростного развития.

История развития лазерных технологий

Два вида применения лазера

Характеристики высокой интенсивности, хорошей монохроматичности, хорошей когерентности и хорошей направленности определяют два сценария применения лазера:

Энергетический лазер

Лазер обладает выдающимся преимуществами — высокой плотностью энергии, что находит важное применение в обработке материалов, производстве оружия, медицине и других областях.

Информационный лазер

Лазер обладает хорошей монохроматичностью и направленностью. Он подходит для передачи информации (оптическая связь) и измерения расстояния (оптическое измерение). По сравнению с традиционной электрической связью, оптическая связь имеет такие преимущества, как большая емкость, большое расстояние, хорошая конфиденциальность и легкий вес.

Оборудование для лазерной обработки

Лазерная обработка является представителем технологии точной обработки. Основной движущей силой роста является замещение традиционных методов обработки:

По сравнению с другими станками, лазерные станки имеют такие преимущества как высокая эффективность, высокая точность, низкое потребление энергии, малая деформация материала, большой ряд обрабатываемых материалов и простота управления.

Эти преимущества тесно связаны с двумя характеристиками бесконтактной обработки и высокой плотностью энергии лазерной обработки:

Бесконтактная обработка

Работа лазера полностью завершается за счет тепла, выделяемого при взаимодействии лазера с материалом.

Во время всего процесса нет контакта между обрабатывающим инструментом и материалом, поэтому обрабатываемый материал не подвергается силовому воздействию, а остаточное напряжение относительно невелико.

Поскольку диаметр луча можно контролировать до очень малого, точность также высока;

Высокая плотность энергии

Плотность мощности лазерной обработки может достигать более 107 Вт/см, в тысячи и даже десятки тысяч раз превышая плотность мощности пламени, дуги и других методов обработки.;

Более высокая плотность мощности означает, что лазер может обрабатывать очень маленькую область на объекте обработки, не затрагивая материалы вокруг микрообласти, поэтому точность обработки и эффективность обработки выше.

Многоточечные преимущества

• Высокая эффективность;
• Высокоточный;
• Низкое потребление энергии;
• Малая деформация;
• Легко контролировать.

Лазер: основной блок лазерного оборудования

Лазер — это компонент, используемый для генерации лазерного луча и основной компонент лазерного оборудования:

• Стоимость лазера составляет 20% — 40% от общей стоимости полного комплекта оборудования для лазерной обработки, или даже выше;
• В лазере происходит накачка, стимулированное излучение и другие процессы;
• Типичный лазер состоит из рабочего материала лазера (энергия излучения), источника накачки (энергии подъема), оптического резонатора (распространяющая энергия) и т.д.

Основная структурная схема лазера

Типы лазеров

Существует множество методов классификации лазеров, среди которых наиболее часто используются четыре наиболее часто используемые:

По рабочему веществу:

По рабочему веществу лазеры можно разделить на газовые, твердотельные, жидкостные (на красителях), полупроводниковые, эксимерные и т.д;

Газовый лазер

Принимая газ в качестве рабочего материала, распространенными являются CO2 лазер , He-Ne лазер, аргонионный лазер, He-Cd лазер, лазер на парах меди, различные эксимерные лазеры и др. лазер, He-Cd лазер, лазер на парах меди, различные эксимерные лазеры и т.д., особенно CO2 лазер наиболее часто используется в промышленности.

Твердотельные лазеры

Ионы металлов, способные производить стимулированное излучение, легируются в кристалл и используются в качестве рабочих материалов. Обычно используемые кристаллы включают рубин, корунд, алюминиевый гранат (широко известный как YAG), тунгстат кальция, фторид кальция, алюминат иттрия и бериллат лантана, среди которых YAG является наиболее распространенным кристаллом в настоящее время.

Твердотельный лазер

Лазер на красителях

В качестве рабочего вещества используется раствор, образующийся при растворении некоторых органических красителей в жидкостях, таких как этанол, метанол или вода.

Полупроводниковые лазеры

Также известны как лазерные диоды, в качестве рабочего вещества используются полупроводниковые материалы, такие как арсенид галлия (GaAs), сульфид кадмия (CDS), фосфид индия (INP), сульфид цинка (ZnS) и т.д.

Полупроводниковые лазеры

Оптоволоконный лазер:

В качестве рабочего материала используется стекловолокно, легированное редкоземельными элементами. Волоконный лазер — это лазер, использующий волокно в качестве рабочей среды.

Волоконный лазер

Волоконный лазер имеет отличные характеристики и известен как лазер третьего поколения:

1. Поскольку волокно имеет характеристики малого объема, намотки, низкого отношения площади к объему и высокой скорости фотоэлектрического преобразования, волоконный лазер имеет преимущества миниатюризации и интенсификации, хорошего рассеивания тепла и высокой скорости фотоэлектрического преобразования;
2. В то же время, лазерный выход волоконного лазера может быть получен непосредственно из волокна, поэтому волоконный лазер имеет высокую технологичность и может адаптироваться к применению обработки в любом пространстве;
3. По структуре, волоконный лазер не имеет оптической линзы в резонансной полости, поэтому он обладает такими преимуществами, как отсутствие регулировки, отсутствие технического обслуживания и высокая стабильность.
4. Кроме того, качество луча волоконного лазера также превосходно.

Типы лазеров	Стандартный тип	Длина лазерной волны	Максимальная выходная мощность	Эффективность преобразования энергии	Особенности
Газовый лазер	CO2 лазер	Около 10.6um инфракрасного излучения	1-20 кВт	8%～10%	Хорошая монохроматичность и высокая эффективность преобразования энергии
Жидкостный лазер	6G лазер на красителях	УФ к ИК	–	5%～20%	Длина волны на выходе плавно регулируется, мощность преобразования энергии высокая, низкая стоимость
Твердотельные лазеры	YAG/рубиновый лазер	От видимого до ближнего инфракрасного диапазона	0,5-5 кВт	0.5%～1%	Низкая выходная мощность, низкий коэффициент преобразования энергии и хорошая монохроматичность.
Полупроводниковые лазеры	Диодный лазер GaAs	100 nm―1.65 um	0,5-20 кВт, двухмерный массив может достигать 350 кВт	20% — 40%, лабораторные 70%	Высокая мощность преобразования энергии, малый объем, легкий вес, простая структура, длительный срок службы и слабая монохроматичность.
Волоконный лазер	Импульсный/Постоянный волоконный лазер	1.46 um―1.65 um	0.5-20 кВт	30%-40%	Миниатюризация, интенсификация, высокая эффективность преобразования, высокий выход энергии, высокое качество луча, отсутствие оптической коллимации и меньшее техническое обслуживание.

Форма выходного сигнала энергии (рабочий режим):

По форме выходного сигнала лазеры можно разделить на непрерывный, импульсный и квазинепрерывный. Импульсный лазер можно дополнительно разделить на миллисекундный лазер, микросекундный лазер, наносекундный механизм, пикосекундный лазер, фемтосекундный лазер, аттосекундный лазер и т.д.;

Непрервные лазеры

Непрерывно выдают стабильную форму волны энергии в течение рабочего времени, с высокой мощностью, и могут обрабатывать материалы с большим объемом и высокой температурой плавления, такие как металлические пластины;

Импульсный лазер

По ширине импульса импульсные лазеры могут быть далее разделены на миллисекундные лазеры, микросекундные лазеры, наносекундные механизмы, пикосекундные лазеры, фемтосекундные лазеры и аттосекундные лазеры;

Фемтосекундные и аттосекундные лазеры называются сверхбыстрыми лазерами.

Мощность импульсного лазера намного ниже, чем у непрерывного лазера, но точность обработки выше, чем у непрерывного лазера. Как правило, чем меньше ширина импульса, тем выше точность обработки;

Квази-КВ лазер

Помимо непрерывного лазера и импульсного лазера, высокоэнергетический лазер может быть выведен многократно в течение определенного периода.

Способ классификации	Категория лазера	Особенности
Классификация по режиму работы	Непрерывный лазер	Возбуждение рабочего материала и соответствующий лазерный выход может осуществляться непрерывно в большом диапазоне времени
	Импульсивный лазер	Он относится к лазеру с длительностью одного лазерного импульса менее 0,25 секунды и работает только один раз с определенным интервалом. Он имеет большую выходную пиковую мощность и подходит для лазерной маркировки, резки и ранжирования.
Классификация по длительности импульса	Миллисекундный лазер (MS)	10 -3 S
	Микросекундный лазер (US)	10 -6 S
	Наносекундный лазер (NS)	10 -9 S
	Пикосекундный лазер (PS)	10 -12 S
	Фемтосекундный лазер (FS)	10 -15 S

Выходная длина волны (цвет):

По длине выходной волны лазеры можно разделить на рентгеновские, ультрафиолетовые, инфракрасные, видимые и т.д;

Мощность:

Можно разделить на лазеры низкой мощности 100 Вт, лазеры средней мощности 100-1500 Вт и лазеры высокой мощности больше 1500 Вт.

Классификация лазеров

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Полупроводниковые лазеры: виды и принцип работы

Когда-то изготовление лазера было связано с серьезными трудностями, так как оно требовало наличия меленького кристалла и разработки схемы для его функционирования. Для простого обывателя такая задача была невыполнимой. С развитием технологий, появилась возможность получения лазерного луча даже в бытовых условиях. Миниатюрные полупроводниковые лазеры (лазерные диоды), которые на сегодняшний день производятся электронной промышленностью довольно широко, могут генерировать стабильный луч лазера. О них мы с вами сегодня и поговорим.

Общая характеристика

Полупроводниковыми или диодными называют лазеры, которые имеют усиливающую среду на основе полупроводников. Генерация в ней происходит во время межзонного перехода электронов, при низкой концентрации носителя в зоне проводимости, в основном за счет вынужденного излучения фотонов. Формально такие лазеры можно отнести к твердотельным, однако в силу иного принципа работы их выделяют в отдельную группу.

Благодаря повышенной оптической мощности и отличным функциональным свойствам полупроводников, их можно использовать в измерительных приборах повышенной точности, не только в производстве, но и в быту, и даже медицине. Полупроводниковый лазер является основой для чтения и записи компьютерных дисков. Благодаря нему работают лазерные указки, уровнемеры, измерители расстояния и прочие полезные для человека устройства.

Появление такого электронного компонента стало революцией в конструировании электрических устройств разной сложности. Луч, образованные диодами высокой мощности, используется в медицине при выполнении всяческих хирургических процедур, в том числе по восстановлению зрения. Лазерный луч способен за незначительный промежуток времени произвести коррекцию глазного хрусталика.

В быту и промышленности, применение полупроводникового лазера в основном связано с измерительными приборами. Мощность таких устройств может варьироваться в весьма широком диапазоне. Так, мощности в 8 Вт достаточно для сборки портативного уровнемера в бытовых условиях. При этом прибор будет надежно работать, и создавать очень длинный лазерный луч. Кстати говоря, попадание такого луча в глаза опасно, так как на малом расстоянии он способен повредить мягкие ткани.

Принцип действия полупроводникового лазера

В светодиодах, главным источником энергии является процесс спонтанного излучения. Его суть состоит в том, что на анод подается положительный заряд, и диод смещается в прямом направлении. При этом дырки инжектируются из области р в область n р-n перехода, а из области n в область р полупроводника. Поэтому такие устройства часто называют инжекционными полупроводниковыми лазерами. Когда дырка и электрон находятся рядом друг с другом, они рекомбинируют, выделяя фотонную энергию с определенной длиной волны и фонона.

В некоторых случаях электрон и дырка могут продолжительное время (микросекунды) перед рекомбинацией находиться в одном месте. Если в этот момент около них пройдет фотон с частотой резонанса, то произойдет вынужденная рекомбинация с выделением второго фотона. Он будет иметь абсолютно такое же направление, фазу и вектор поляризации, как первый фотон.

Кристалл полупроводника представляет собой тонкую пластину прямоугольной формы. По сути, она служит оптическим волноводом, в котором ограничен объем излучения. Поверхностный слой кристалла может модифицироваться, создавая область n. Нижний же слой служит для образования области р.

В результате получается переход р-n, которые имеет плоскую форму и значительную площадь. Пара боковых торцов кристалла подвергается полировке, нацеленной на создание параллельных гладких поверхностей, представляющих собой оптический резонатор. Случайный фотон проходит по всему оптическому волноводу перпендикулярно плоскости спонтанного излучения. Перед выходом наружу он несколько раз отражается от торцов и, проходя вдоль резонаторов, создает вынужденную рекомбинацию, порождая новые фотоны с такими же характеристиками. Так излучение усиливается. В момент, когда усиление начинает превосходить потери, появляется луч.

Существуют разные виды полупроводниковых лазеров. Основное их количество выполняется на особо тонком слое. Их структура позволяет формировать лишь параллельное излучение. Однако если выполнить волновод широким относительно длины волны, то он будет работать в разных поперечных режимах. Такие диоды называют многодомовыми. Применение этих лазеров позволяет создать повышенную мощность излучения без надлежащей сходимости луча. Некоторое его рассеивание допустимо. Данный эффект применяется для «накачки» других лазеров в лазерных принтерах и химическом производстве. Тем не менее, если есть необходимость в определенной фокусировке луча, волновод выполняется такой ширины, которая могла бы быть сравнимой с длиной волны.

В последнем случае ширина луча будет зависеть от наложенных рефракцией границ. Приборы, работающие по этому принципу, используются в оптических запоминающих устройствах, лазерных указателях и оптоволоконной технике. Стоит отметить, что они не могут поддерживать несколько продольных режимов и создавать луч на разных длинах волн одновременного. На длину луча влияет запрещенная зона, расположенная между уровнями энергии р и n областей.

Так как излучающий компонент очень тонкий, на выходе лазерный луч сразу же расходится. Для компенсации расходимости полупроводникового лазера и создания тонкого луча используются собирающие линзы. В многодомовых устройствах используют цилиндрические линзы. В однодомовых лазерах при использовании симметричных линз луч в разрезе будет иметь эллиптическую форму, так как вертикальное расхождение превосходит его размер в горизонтальной плоскости. Наглядным тому доказательством служит лазерная указка.

Классификация

Полупроводниковые лазеры, физика которых была рассмотрена выше, обладают n-р структурой. Они имеют невысокую эффективность, требуют большой мощности на входе и работают исключительно в режиме импульсов. Из-за быстрого перегрева они не могут работать по-другому. В этой связи сфера применения таких лазеров ограничена. На их основе были созданы устройства с более внушительными параметрами. Рассмотрим типы полупроводниковых лазеров.

Лазер с двойной гетероструктурой

В конструкции данного устройства предусмотрен слой вещества с узкой зоной запрета. Он находится между материалами, у которых эта зона значительно шире. Как правило, для изготовления таких лазеров используют арсениды галия и алюминия-галия. Такие соединения называют гетероструктурами.

Преимуществом этого полупроводникового лазера является то, что активная область (область электронов и дырок) находится в среднем слое. Из этого следует, что усилие создается намного большим количеством пар электронов и дырок. В области с малым усилием, этих пар практически не остается. В дополнение к этому, свет отражается от гетеропереходов. Таким образом, излучение полностью находится в области наиболее эффективного усилия.

Лазер с квантовыми ямами

Когда средний слой диода выполнен более тонким, он начинает работать как квантовая яма. Следовательно, электронная энергия в таком случае квантуется вертикально. Разница между количеством энергии квантовых ям используется для формирования излучения, вместо барьера. Это весьма эффективно с точки зрения управления волной луча, которая прямо зависит от толщины среднего слоя. Этот вид лазера намного продуктивнее, нежели однослойный аналог, так как в нем плотность электронов и дырок распределяется более равномерно.

Гетероструктурный лазер с раздельным удержанием

Основная особенность тонкослойного лазера состоит в том, что он не способен к эффективному удержанию светового луча. Чтобы решить эту проблему, с обеих сторон кристалла прикладывают пару дополнительных слоев, обладающих более низким преломлением, нежели центральные слои. Такая структура напоминает световод. Она гораздо эффективнее удерживает луч и называется гетероструктурой с отдельным удержанием. Полупроводниковый лазер на гетероструктуре массово производился в 2000 годах.

Лазеры с обратной связью

Такая конструкция преимущественно используется для волоконно-оптической связи. Чтобы стабилизировать волну, на р-n переходе наносят поперечную насечку, в результате чего получается дифракционная решетка. Из-за этого, обратно в резонатор возвращается лишь одна длина волны, которая в нем усиливается. У полупроводниковых лазеров с обратной связью волна имеет постоянную длину, которая определяется шагом той самой насечки. Под действием температуры, возможно изменение насечки. Принцип работы полупроводниковых лазеров этой модели лежит в основе телекоммуникационных оптических систем.

VCSEL и VECSEL

VCSEL представляет собой поверхностно-излучающую модель лазера с вертикальным резонатором, которая излучает свет в направлении, перпендикулярном плоскости кристалла, в то время как излучение обычных лазерных диодов параллельно этой плоскости.

VECSEL отличается от предыдущей модели только тем, что он имеет внешний резонатор и может выполняться с токовой или оптической накачкой.

Импульсный выход

Принцип работы полупроводникового лазера предполагает генерирование непрерывного пучка. В силу того, что электроны пребывают на уровне проводимости не долго, такие устройства непригодны для генерации импульса с модуляцией добротности. Тем не менее благодаря использованию квазинепрерывного режима работы, можно в значительной степени повысить мощность квантового генератора. Кроме того, лазерные диоды можно использовать в случаях, когда необходимо сформировать сверхкороткий импульс с переключением коэффициента усилия или синхронизацией мод. Мощность коротких импульсов, как правило, ограничивается несколькими мВт. Исключение составляют разве что VECSEL-лазеры, выход которых исчисляется многоваттными высокочастотными импульсами.

Корпуса для полупроводниковых лазеров

По мере распространения лазерных диодов росло разнообразие корпусов, каждый из которых предназначен под определенный тип работ. Официальных стандартов в этом направлении нет, однако крупные производители часто заключают договора об унификации своей продукции. Существуют также услуги по корпусированию лазеров по индивидуальным требованиям заказчика. Таким образом, перечислить все типы корпусов если и возможно, то довольно проблематично.

Распиновка контактов в каждом корпусе может быть уникальной, поэтому назначение пинов всегда стоит уточнять перед его покупкой. Кроме того, стоит отметить, что внешний вид корпуса далеко не всегда имеет прямую корреляцию с длиной волны.

Лазерный модуль состоит из таких элементов:

1. Излучатель.
2. Элемент Пельтье.
3. Термистор.
4. Фотодиод.
5. Оптический изолятор.
6. Коллумирующая линза.

Кратко разберем модели корпусов, которые имеют наибольшее распространение.

С излучением на выходе

TO—CAN. Этот тип корпусов предназначен для излучения малого и среднего диапазонов мощности (до 250 мВт), так как не имеет специальных теплоотводящих поверхностей. Его размеры варьируются от 4 до 10 мм, а количество ножек от 3 до 4. Они могут быть коммутированы разными способами, образуя 8 типов распиновки.

Менее популярными являются корпуса с излучением на выходе, моделей C-MOUNT и D-MOUNT.

С волоконным выходом

Это следующие виды:

• DIL. Данный корпус создан для лазеров мощностью более 10 мВт, поверхности которых недостаточно для отведения тепла. Более эффективное охлаждение производится с помощью встроенного холодильника Пельтье. Он отводит тепло на грань алюминиевого корпуса, противоположную волоконному выходу. Благодаря размещению ножек в два ряда с шагом в 2,5 мм, наряду с впаиванием можно использовать разъемное электрическое соединение.
• DBUT — Dual-Butterfly. Это наиболее популярный корпус для полупроводниковых лазеров мощностью до 10-800 мВТ. Главное преимущество этой модели заключается в более эффективном отводе тепла за счет увеличенной площади контакта Пельтье-элемента с лазерным модулем. Нижняя поверхность устройства является основной в плане теплоотдачи. Электрические выводы расположены на боковых гранях, что усложняет разъемное соединение модуля с платой для управления.
• SBUT — Single-Butterfly. Представляет собой односторонний вариант предыдущего корпуса. Так как количество выводов уменьшено вдвое, возможность использования внутреннего фотодиода отсутствует.

Драйвера

Полупроводниковый лазер используется во многих устройствах, в которых необходим направленный луч света. Правильное подключение является самым важным моментом в сборке устройства.

От Led-моделей лазерные отличаются наличием миниатюрного кристалла. В нем много мощности и высокое напряжение, которое может вывести прибор из строя. Чтобы облегчить работу полупроводникового лазера, используют специальные схемы устройств, называемые драйверами.

Лазеры нуждаются в стабильном источнике питания. Однако некоторые модели с красным лучом могут нормально работать и с нестабильной сетью. Так или иначе, подключать лазер напрямую даже при наличии драйвера нельзя. Из этих соображений используется датчик тока, в качестве которого подходит простой резистор. Его ставят между лазером и драйвером.

Недостатком такого подключения является тот факт, что отрицательный полюс питания не соединяется с минусом схемы. Кроме того, он сопровождается падением мощности на резисторе. Именно поэтому, прежде чем подключить лазер, необходимо внимательно подобрать драйвер.

Виды драйверов

Обычно используется два типа устройств, обеспечивающих нормальную работу лазера:

• Импульсный. Выполняется по аналогии с импульсным преобразователем напряжения, способного к варьированию данного параметра. Мощность на выходе и входе у этого драйвера примерно равна. Незначительное количество энергии уходит на выделение тепла.
• Линейный. Работает по схеме, предполагающей частую (чаще, чем нужно) подачу напряжения на диод. Для снижения этого напряжения необходимо дополнительно использовать транзистор, преобразующий излишек энергии в тепло. Из-за малого коэффициента полезного действия, линейные драйверы не нашли широкого применения.

Подключение

Конструкция полупроводникового лазера предполагает наличие трех выводов. Средний из них подключается к минусу (плюсу). Плюс подключается к левой или правой ножке, в зависимости от модели. Чтобы выяснить, какая ножка подходит для подключения, необходимо подать питание. Для этого подойдет 1,5-вольтная батарейка, с сопротивлением в 5 Ом. Минус источника нужно подключать к средней ножке диода, а плюс – к правой, а потом к левой ножке. Путем такого подбора можно узнать, какая из боковых ножек «рабочая». Таким же путем лазер подключается к микроконтроллеру.

Диоды могут работать от аккумулятора мобильного телефона и пальчиковых батареек. Главное — не забывать, что дополнительно необходимо использовать ограничивающий резистор на 20 Ом.

Подключение к бытовой сети

Для подключения к бытовой сети нужно вспомогательно обезопасить систему от всплесков высокочастотного напряжения. Резистор и стабилизатор создают блок, который предотвращает перепады тока. Чтобы выровнять напряжение, используют стабилитрон. При правильной сборке лазер будет работать стабильно и прослужит долго.

Удобнее всего работать с красным диодом примерно на 200 мВт. Такими полупроводниковыми лазерами оснащают дисководы компьютеров.

Порядок подключения к бытовой сети:

1. Проверить работу диода с помощью батарейки.
2. Выбрать самый яркий полупроводник. Диод, взятый из компьютерного дисковода, светит инфракрасным светом. Ни в коем случае нельзя наводить его на глаза.
3. Смонтировать диод на алюминиевую пластину, которая будет служить радиатором для охлаждения. Для этого на ней предварительно просверливается отверстие.
4. Промазать термопастой пространство между лазером и диодом.
5. Подключить резистор на 5 Вт и 20 Ом к лазеру и батарейке.
6. Шунтировать диод керамическим конденсатором. Емкость последнего непринципиальна.
7. Отвернув от себя лазер, подключить питание и проверить работу. Должен появиться устойчивый красный луч.

Во время подключения стоит помнить о безопасности и о том, что лишь при качественных соединениях, все будет работать как следует.

Применение полупроводникового лазера

Пришло время узнать, где используются эти несложные, но очень полезные устройства. Мощные полупроводниковые лазеры, имеющие высокоэффективную электрическую накачку, при умеренном напряжении используют как средство подвода энергии твердотопливных лазеров. Они могут работать в широком диапазоне частот, включающем видимую, а также ближнюю и среднюю инфракрасные зоны спектра. Некоторые устройства способны менять частоту излучения. Полупроводниковый лазер, устройство которого мы сегодня узнали, может быстро модулировать и переключать оптическую мощность. Эта особенность используется в производстве передатчиков оптоволоконных линий.

Благодаря своим характеристикам, полупроводниковые лазеры на сегодняшний день являются самым важным классом квантовых генераторов.