Устройство лазера во многом определяется его назначением, мощностью излучения и диапазоном генерируемых волн, но любой лазер содержит три основных элемента:
1) устройство, поставляющее энергию для ее преобразование в лазерное излучение
2) активная среда
3) устройство, обеспечивающее оптическую обратную связь.
Активной средой называется среда с инверсной населённостью. Инверсная населённость – это состояние вещества, при котором населённость верхнего энергетического уровня превышает населённость нижнего.
Таким
образом, среда, в которой создана инверсия населённостей, например, между
уровнями Е2 и Е1, способна усиливать электромагнитное
излучение с частотой 
=(E2-E1)/ 
. Если статистические
веса уровней 1 и 2 равны, то условием инверсии будет N2 > N1. Инверсия населённостей является
необходимым, но недостаточным условием для получения усиления в среде. Как и в
обычных генераторах, генерация в лазерах возможна лишь при выполнении
некоторого порогового условия. Достаточным условием будет превышение за один
проход усиления, достигнутого за счёт процессов вынужденного испускания, над
всеми возможными потерями, включая потери за счет пропускания одного из зеркал.
Процесс создания инверсной населённости называется накачкой. Для обеспечения режима генерации в системе необходимо осуществить положительную обратную связь: часть энергии излучения возвращается в активную среду для её дальнейшего усиления, а оставшаяся часть является выходным излучением. Обратная связь в лазере обеспечивает оптический резонатор, который в значительной мере определяет такие параметры лазерного излучения как монохроматичность, когерентность, направленность и мощность.
Как и в обычных генераторах, процесс генерации в лазерах развивается из некоторого «затравочного» излучения, которым, как правило, является шум. Шумом, с которого развивается генерация, в данном случае является спонтанное излучение. Спонтанно испущенный фотон вызывает в активной среде вынужденное излучение. Все фотоны, которые распространяются вдоль оптической оси резонатора, отражаются и, проходя в обратном направлении, снова участвуют в создании индуцированного излучения. Эти фотоны формируют продольные (аксиальные) моды лазерного излучения. Фотоны, распространяющиеся под углом к оптической оси резонатора, выходят за пределы активной среды и более не участвуют в поддержании излучения.
В современной лазерной технике в качестве активной среды используются газовые и жидкостные среды, твердые тела и полупроводники.
Полупроводниковые лазеры – источники когерентного излучения, в которых в качестве усиливающей среды используют полупроводниковые соединения. Наибольший интерес представляют лазеры с инжекционным типом накачки. В полупроводниковых активных средах усиление излучения происходит за счёт межзонных вынужденных переходов. Для того чтобы получить усиление в полупроводниковой среде, необходимо обеспечить преобладание усиления за сет процессов вынужденного излучения в полупроводнике над процессами собственного поглощения. Для этого необходимо создать такие избыточные неравновесные концентрации носителей заряда в зоне проводимости и валентной зоне, при которых расстояние между квазиуровнями Ферми будет превышать ширину запрещенной зоны полупроводника.:
Fn-Fp>Eg
Это означает, что один или оба квазиуровня Ферми Fn и Fp должны находиться внутри разрешенных зон, т.е. возбуждение должно быть настолько интенсивным, чтобы создать вырождение в зоне проводимости и валентной зоне.
Одним из вариантов создания усиливающей полупроводниковой среды является использование вырожденного р-п перехода. При подачи напряжения в прямом направлении, величина потенциального барьера уменьшается, зоны «разгибаются» и а области р-п перехода может выполняться условие (1). Это условие является необходимым, но недостаточным для получения генерации в системе в целом. Как уже было отмечено ранее, достаточным условием является превышение активного усиления над всеми потерями за один проход фотоном резонатора.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.