Показать сообщение отдельно
Старый 17.03.2011, 23:23   1
Научный сотрудник
 
Аватар для Technic47
 
Регистрация: 23.03.2010
Последняя активность: 06.05.2018 16:37
Адрес: Москва
Сообщений: 2035
Сказал(а) спасибо: 0
Поблагодарили 0 раз(а) в 0 сообщениях
По умолчанию Введение в лазерную технику

Думаю эта тема тоже будет полезна.

Для начала надо поставить все точки над словом мода.
Думаю есть такие люди, которые думают, что мода это длинна волны. Сам таким был.
Мода это решение уравнений Максвела. То есть это чисто математический термин.
Как же тогда её представить? По простому, мода представляет из себя результат интерференции излучения внутри лазера. Результирующая картина от этой интерференции зависит от конструкции резонатора, типа лазера и много ещё от чего. Если взять сечение луча от лазера с круглым резонатором, то можно наблюдать такие картины:

Излучение сконцентрировано на тёмных участках. От лазера с прямоугольным резонатором, как у наших любимых диодов, мы будем наблюдать линии. Или в центре будет эллипс, и от него будут расходится линии.
Моды обозначаются TEMpq. p и q - координаты. Примеры таких координат приведены выше на рисунке.

Как же быть с длинной волны или частотой лазера?
В одну моду может укладываться несколько частот. Как раз из-за интерференции этих частот и получаются моды.


Чтобы создать одночастотный лазер, то есть тот, который излучает только одну длину волны, надо очень сильно извернуться с резонатором, чтобы добиться очень узкой моды. При этом забывается про мощность.


Теперь немного информации по лазерным диодам.
Резонатор лазерного диода представляет из себя 2 плоских зеркала (отполированные торцы реже - диэлектрические зеркала). Между ними располагается активное вещество - кристалл. Для красных\инфракрасных диодов это кристаллы GaAsAl (Галий Мышьяк Аллюминий). Для фиолетовых и синих диодов это GaP или GaN (Фосфат или нитрит Галия). Разные длины волн получают разной степенью легирования (содержания) кристаллов.
Диод излучает тонкой полоской на стыке 2-х кристаллов n-типа и p-типа.

Рабочая температура для GaAsAl - 120 градусов по Цельсию.


Причины от которых может умереть лазерный диод:

Во первых от слишком большого тока, пропущенного через p-n переход. Это понятно. Но что происходит в кристалле?
При нормальной работе диода происходит очень медленный процесс миграции (перехода) ионов из p-область в n-область. Это приводит к постепенному закорачиванию p-n перехода. Этот процесс приводит к губительным последствиям через десятки, а то и сотни тысяч часов работы диода в нормальном режиме работы. При завышении номинального тока этот процесс увеличивается по экспоненте. Это основной фактор приводящий к деградации полупроводников.
Есть ещё один процесс, приводящий к деградации кристалла. В поверхностном слое p-типа из атмосферы могут притягиваться ионы щелочных металлов. Ионы превращают постепенно p-область в n-область, что тоже может привести в деградации. Опять же этот процесс длится десятилетия или десятки\сотни тысячи часов при нормальном использовании диода. При критических режимах этот процесс так же многократно убыстряется. По факту он менее вреден, что при миграции из p-область в n-область, но он имеет место быть.
Так же на стыке золотого проводника и алюминиевого\медного контакта на кристалле может образоваться интерметаллическое соединение этих металлов. Оно представляет собой диэлектрический порошок, который крайне хрупок. Но этот процесс так же долгосрочный и в меньшей степени зависит от тока, проходящего через соединение.
Теперь миф о зеркалах. Хотя в какой-то степени не миф.
Зеркала наносятся, если вообще наносятся, двумя методами: вакуумным и химическим.
Вакуумный метод подразумевает самые чистые покрытия с наилучшими характеристиками. В процессе нанесения зеркала кристалл может нагреваться до 200-300 градусов по Цельсию. После нанесения плёнка обладает великолепной адгезией (прилипаемостью) и не сойдёт в кристалла даже на открытом огне. Температура испарения таких плёнок выше 1000 градусов. Зеркала нанесённые таким методом не испаряться или не сойдут с грани диода никогда даже в самых жёстких условиях работы.
Химических же метод дешёвых. Покрытие наносится на холодную подложку при атмосферном давлении. Плёнка обладает не самыми выдающимися показателями и крайне не стойкая. Я не знаю ни одного тех процесса нанесения химических зеркал. Может я отстал от времени. Химическим методом могут наносить просветление на нелинейные кристаллы. Если есть такая вероятность, что китайцы делают зеркала химическим методом, то плёнка не может нормально работать в критических условиях, например при повышенной температуре. Она будет отслаиваться, но не испаряться. Хотя это тоже под вопросом.
Так же стоит отметить тот факт, что химические плёнки обладают малой лучевой стойкостью. Это сильно ограничивает область их применения в лазерном деле.


Так же кристаллы не любят перегрева, что тоже широко известно.

При возрастании температуры в кристалле появляются критические механические напряжения. И если диод ещё не деградировал, то он будет стремиться разломиться, треснуть или "уплыть" с металлической подложки. кристаллы припаиваются на подложку через индиевую фольгу. Индий плавится при 35-40 градусах. Это не означает, что кристалл сразу после включения уплывёт, наоборот возникают силы поверхностного натяжения, которые притягивают его к подложке и позволяют лучше отводить тепло.

[Исправлено: Technic47, 16.03.2012 в 20:05].
Technic47 вне форума   Ответить с цитированием Вверх