Как устроен полупроводниковый гетероструктурный лазер, принцип накачки. Спектр излучения?
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.
Лазеры на основе этой гетероструктуры обычно работают в диапазоне длин волн от 0,75 до 0,9 мкм. Для более длинноволнового диапазона 1,3 и 1,55 мкм в настоящее время промышленностью осваиваются лазеры на основе гетероструктуры, которые отвечают требованиям современных ВОЛС. В равновесном состоянии при сильнолегированном слое уровень Ферми в узкозонном материале располагается внутри валентной зоны. Режим накачки лазера обеспечивается путем подключения гетероструктуры к источнику тока.
Как устроены волоконные квантовые усилители, накачка, конструкция?
Квантовый усилитель — устройство, предназначенное для усиления электромагнитных волн с помощью вынужденного излучения возбужденных ионов, молекул или атомов. Эффект усиления в квантовых усилителях связан с переменой энергии внутриатомных электронов, перемещение которых описывается квантовой механикой. Поэтому, в отличие от ламповых усилителей, где применяются потоки свободных электронов, перемещение которых полностью описывается классической механикой, данные усилители получили название квантовых.
|
|
|
Так как помимо вынужденных квантовых переходов возбужденных атомов в состояние с меньшей энергией допустимы их самопроизвольные (спонтанные) переходы, в результате возникновения которых излучаются волны, имеющие случайные поляризацию, фазу и амплитуду, то они прибавляются к усиливаемой волне в качестве шумов. Спонтанное излучение представляется единственным, неустранимым источником шумов квантовых усилителей. Мощность спонтанного излучения в радиодиапазоне весьма невелика и быстро возрастает при переходе к оптическому диапазону. В связи с этим квантовые усилители радиодиапазона отличаются очень низким уровнем собственных шумов. Из-за чрезвычайно низкого уровня шумов возрастает чувствительность квантовых усилителей, т. е. велика способность усиливать весьма слабые сигналы. Квантовые усилители используются в качестве входных ступеней в самых высокочувствительных радиоустройствах в диапазоне длин волн 0,4—50 см. Квантовые усилители радиодиапазона существенно увеличили дальность действия космических линий связи радиотелескопов, планетных радиолокаторов и с межпланетными станциями.
|
|
|
В оптическом диапазоне квантовые усилители широко применяются в качестве усилителей мощности лазерного излучения. Квантовые усилители света имеют много сходств по конструкции и принципу действия с квантовыми генераторами света.
Вынужденный переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, сопровождающийся излучением кванта электромагнитной энергии, что приводит к усилению колебаний, которое создается одним атомом, довольно мало. Однако если колебание частоты распространяется в веществе, которое содержит большое число эквивалентно возбужденных атомов, расположенных на уровне с повышенной энергией, то усиление может стать весьма большим. Атомы же, расположенные на нижнем уровне, в результате вынужденного поглощения ослабляют волну. В итоге вещество будет усиливать или ослаблять волну в зависимости от того, какие атомы в ней преобладают, возбужденные или невозбужденные.
|
|
|
Если вещество существует в состоянии термодинамического равновесия, то распределение частиц по уровням энергии зависит от его температуры, причем уровень с меньшей энергией более насыщен электронами, чем уровень с большей энергией.
Оптические квантовые усилители (ОКУ) предназначаются для усиления сигналов лазерного излучения, увеличения избирательности приемных устройств и их чувствительности за счет уменьшения коэффициента шума и подавления посторонних сигналов.
Оптические квантовые усилители могут быть сконструированы или в виде усилителя бегущей волны, или в виде усилителя с объемным резонатором. Оптический квантовый усилитель с объемным резонатором подобен по своей конструкции генератору на лазере, но в ОКУ величина обратной связи меньше. Оптический квантовый усилитель бегущей волны конструктивно подобен генератору на лазере с рубиновым стержнем с той лишь разницей, что концы рубинового стержня у ОКУ не посеребрены.
Принятый сигнал, проходя фильтр (см. рис.), поступает на усилитель, который усиливает сигнал до необходимого значения. Обычно при стабильной работе усиление ОКУ бегущей волны примерно равно 4 (6 дб). Для получения усиления 103—105 (30—60 дб) усилители бегущей волны собираются в секции из 7—10 однокаскадных усилителей, каждый из которых разделяется однонаправленными изоляторами (гираторами).
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 414; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!