Перевод Артема Веселова
Полупроводниковые лазеры (иначе - диодные лазеры) – это лазеры с усиливающей средой на основе полупроводников, где генерация происходит, как правило, за счет вынужденного излучения фотонов при межзонных переходах электронов в условиях высокой концентрации носителей в зоне проводимости. Формально, полупроводниковые лазеры также являются твердотельными лазерами, однако их принято выделять в отдельную группу, т.к. они имеют иной принцип работы.
Схематически процесс возникновения усиления в полупроводниках (для обычных случаев межзонных переходов) показан на рисунке.
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 релаксируют в состояние вблизи дна зоны проводимости. В то же время, дырки, генерируемые в валентной зоне, перемещаются в ее верхнюю часть. Электроны из зоны проводимости рекомбинируют 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 генерируются за счет поглощения возбуждающего их света, и квантово каскадные лазеры, где используются внутризонные переходы.
Основными материалами для полупроводниковых лазеров (и для других оптоэлектронных устройств) являются:
- 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)
Типы полупроводниковых лазеров:
Существует большое разнообразие различных полупроводниковых лазеров, охватывающих широкие области параметров и используемые в различных областях применений.
Несмотря на то, что можно создать полупроводниковый лазер с практически любой длиной волны в диапазоне от ближнего УФ до ближнего ИК, существует стандартный набор длин волн, лазеров, оптимизированный для различных применений.
Например, накачки твердотельных лазеров и волоконных лазеров , легированных ионами Nd / Yb / Er / Tm (808nm, 915nm, 938nm, 976nm, 980nm, 1064nm, 1470nm, 1540nm), рамановской спектроскопии и др.