Կիսահաղորդչային ներարկման լազեր: Կուրսային աշխատանք կիսահաղորդչային լազեր Կիսահաղորդչային լազերի հաշվարկ և ձևավորում

Կիսահաղորդչային ներարկման լազերներ,ճիշտ այնպես, ինչպես պինդ վիճակում գտնվող մեկ այլ տեսակի արտանետիչներ. LED-ներ,ցանկացած օպտոէլեկտրոնային համակարգի ամենակարեւոր տարրն են: Երկու սարքերի աշխատանքը հիմնված է երեւույթի վրա էլեկտրալյումինեսցենտություն.Վերոնշյալ կիսահաղորդչային արտանետիչների առնչությամբ էլեկտրալյումինեսցենտային մեխանիզմն իրականացվում է ճառագայթային ռեկոմբինացիաոչ հավասարակշռված լիցքի կրիչներ, որոնք ներարկվում են միջոցով p-n հանգույց.

Առաջին լուսադիոդները հայտնվեցին քսաներորդ դարի 50-60-ականների վերջին, իսկ արդեն 1961թ. Ն.Գ. Բասովը, Օ.Ն. Կրոխինը և Յու.Մ. Պոպովըառաջարկել է օգտագործել ներարկում այլասերված p-n հանգույցներում՝ լազերային էֆեկտ ստանալու համար: 1962 թվականին ամերիկացի ֆիզիկոսներ R. Hall et al. Հնարավոր է եղել գրանցել կիսահաղորդչային լուսադիոդի սպեկտրալ արտանետման գծի նեղացում, որը մեկնաբանվել է որպես լազերային էֆեկտի («գերճառագայթում») դրսևորում։ 1970 թվականին ռուս ֆիզիկոսները. Ժ.Ի. Ալֆերովը et al. առաջինները պատրաստվեցին հետերոկառուցվածքային լազերներ.Դա հնարավորություն է տվել սարքերը պիտանի դարձնել զանգվածային սերիական արտադրության համար, որը 2000 թվականին արժանացել է ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի։ Ներկայումս կիսահաղորդչային լազերներն առավել լայնորեն կիրառվում են հիմնականում համակարգչային, աուդիո և վիդեո ձայնասկավառակներից տեղեկատվության ձայնագրման և ընթերցման սարքերում: Կիսահաղորդչային լազերների հիմնական առավելություններն են.

1. Տնտեսական,ապահովված է պոմպի էներգիան համահունչ ճառագայթման էներգիայի փոխակերպման բարձր արդյունավետությամբ.

2. Ցածր իներցիա,սերնդի ռեժիմի հաստատման կարճ բնորոշ ժամանակների պատճառով (~ 10 -10 վրկ);

3. Կոմպակտություն,կապված կիսահաղորդիչների հատկության հետ՝ հսկայական օպտիկական շահույթ ապահովելու համար.

4. Պարզ սարքցածր լարման էլեկտրամատակարարում, համատեղելիություն ինտեգրալ սխեմաների հետ («միկրոչիպեր»);

5. Հնարավորություն հարթ ալիքի երկարության թյունինգլայն տիրույթում` պայմանավորված կիսահաղորդիչների օպտիկական հատկությունների կախվածությամբ ջերմաստիճանից, ճնշումից և այլն:

Հիմնական առանձնահատկությունըդրանցում օգտագործվում են կիսահաղորդչային լազերներ օպտիկական անցումներներառելով էներգիայի մակարդակները (էներգետիկ վիճակներ) հիմնական էլեկտրոնային էներգիայի գոտիներըբյուրեղյա. Սա է տարբերությունը կիսահաղորդչային լազերների և, օրինակ, ռուբին լազերների միջև, որոնք օգտագործում են օպտիկական անցումներ Al 2 O 3-ում քրոմ իոնի կեղտոտության մակարդակների միջև Cr 3+: Կիսահաղորդչային լազերներում օգտագործելու համար A III B V կիսահաղորդչային միացությունները պարզվեցին, որ առավել հարմար են (տես Ներածություն): Դա այս միացությունների և դրանց հիման վրա է պինդ լուծումներԿիսահաղորդչային լազերների մեծ մասը արտադրվում է արդյունաբերության կողմից: Այս դասի շատ կիսահաղորդչային նյութերում ավելցուկային հոսանքի կրիչների վերամիավորումն իրականացվում է. ուղիղօպտիկական անցումներ հաղորդման գոտու ներքևի մասում գտնվող լցված վիճակների և վալենտական ​​գոտու վերևի մոտ գտնվող ազատ վիճակների միջև (նկ. 1): Օպտիկական անցումների մեծ հավանականություն ուղղակի բացըկիսահաղորդիչներն ու շերտերում վիճակների մեծ խտությունը հնարավորություն են տալիս ստանալ բարձր օպտիկական շահույթկիսահաղորդչի մեջ։

Նկ.1. Ֆոտոնի արտանետում ճառագայթային վերահամակցման ժամանակ ուղիղ բացվածքով կիսահաղորդչում շրջված պոպուլյացիայով:

Դիտարկենք կիսահաղորդչային լազերի շահագործման հիմնական սկզբունքները. Եթե ​​կիսահաղորդչային բյուրեղը գտնվում է վիճակում թերմոդինամիկական հավասարակշռությունշրջակա միջավայրի հետ, ապա նա միայն ընդունակ է կլանելդրա վրա ճառագայթային միջադեպ: Լույսի ինտենսիվությունը, որը անցնում է բյուրեղի մեջ տարածություն X, տրված է հայտնի առնչությամբ Բուգեր-Լամբեր

Այստեղ Ռ- լույսի արտացոլման գործակիցը;

α - լույսի կլանման գործակիցը.

Լույսը բաց թողնելու համար ուժեղացել էանցնելով բյուրեղի միջով, քան թուլանալով, պահանջվում է, որ գործակիցը α զրոյից պակաս էր, ինչը թերմոդինամիկորեն հավասարակշռված միջավայրն անհնար է:Ցանկացած լազերի (գազային, հեղուկ, պինդ վիճակում) գործելու համար պահանջվում է, որ լազերի աշխատանքային միջավայրը լինի վիճակում. հակադարձ բնակչություն -մի վիճակ, երբ բարձր էներգիայի մակարդակներում էլեկտրոնների թիվն ավելի մեծ կլինի, քան ցածր էներգիայի մակարդակներում (այս վիճակը կոչվում է նաև «բացասական ջերմաստիճանային վիճակ»): Եկեք ստանանք մի հարաբերություն, որը նկարագրում է վիճակը կիսահաղորդիչներում շրջված բնակչության հետ:

Թող ε 1Եվ ε 2 – օպտիկական զուգակցվածէներգիայի մակարդակները միմյանց միջև, որոնցից առաջինը գտնվում է վալենտական ​​գոտում, իսկ երկրորդը՝ կիսահաղորդչի հաղորդման գոտում (նկ. 2): «Օպտիկական զուգակցված» տերմինը նշանակում է, որ դրանց միջև էլեկտրոնային անցումները թույլատրվում են ընտրության կանոններով: Լույսի քվանտ էներգիայով կլանում hν 12, էլեկտրոնը շարժվում է մակարդակից ε 1մեկ մակարդակի համար ε 2. Նման անցման արագությունը համաչափ կլինի առաջին մակարդակը բնակեցնելու հավանականությանը զ 1, հավանականությունը, որ երկրորդ մակարդակը դատարկ է. (1- զ 2), և ֆոտոնների հոսքի խտությունը P(hν 12)

Հակադարձ անցումը` վերին մակարդակից ստորին, կարող է տեղի ունենալ երկու եղանակով` շնորհիվ ինքնաբուխԵվ հարկադրվածռեկոմբինացիա. Երկրորդ դեպքում, լույսի քվանտի փոխազդեցությունը ε 2 մակարդակում գտնվող էլեկտրոնի հետ «ստիպում է» էլեկտրոնին վերամիավորվել հետ. արտանետումլույսի քվանտ, նույնականնա, ով առաջացրել է հարկադիր վերակոմբինացիայի գործընթացը։ Դա. Համակարգում տեղի է ունենում լույսի ուժեղացում, որը լազերի աշխատանքի էությունն է: Ինքնաբուխ և հարկադիր վերամիավորման տեմպերը կգրվեն հետևյալ կերպ.

(3)

Ջերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում

. (5)

Օգտագործելով 5-րդ պայմանը, կարելի է ցույց տալ, որ գործակիցները ԺԱՄԸ 12-ԻՆ, 21-ԻՆԵվ Ա 21(«Էյնշտեյնի գործակիցները») կապված են միմյանց հետ, մասնավորապես.

, (6)

Որտեղ n –կիսահաղորդչային բեկման ինդեքս; Հետ- լույսի արագություն.

Հետևյալում, սակայն, մենք հաշվի չենք առնի ինքնաբուխ վերահամակցումը, քանի որ Ինքնաբուխ վերահամակցման արագությունը կախված չէ լազերի աշխատանքային միջավայրում ֆոտոնների հոսքի խտությունից, և հարկադիր վերահամակցման արագությունը կլինի մեծ արժեքներով Р(hն 12) զգալիորեն գերազանցում է ինքնաբուխ ռեկոմբինացիայի արագությունը: Որպեսզի լույսի ուժեղացում տեղի ունենա, վերևից վար հարկադիր անցումների արագությունը պետք է գերազանցի ներքևից վեր անցումների արագությունը.

Գրել է էներգիայով մակարդակներ զբաղեցնելու էլեկտրոնների հավանականությունը ε 1Եվ ε 2ինչպես

, (8)

մենք ստանում ենք կիսահաղորդիչների հակադարձ պոպուլյացիայի պայմանը

որովհետեւ նվազագույն հեռավորությունը մակարդակների միջև ε 1Եվ ε 2ճիշտ հավասար կիսահաղորդչի ժապավենի բացին էg.Այս հարաբերությունը հայտնի է որպես Բեռնար-Դյուրաֆուր հարաբերությունները.

Formula 9-ը ներառում է այսպես կոչված արժեքները. քվազի-Ֆերմի մակարդակները- Fermi մակարդակները առանձին հաղորդման գոտու համար F Cև վալենտական ​​գոտի Ֆ Վ. Այս իրավիճակը հնարավոր է միայն ոչ հավասարակշռված իրավիճակի համար, ավելի ճիշտ՝ համար քվազի-հավասարակշռությունհամակարգեր. Ֆերմի մակարդակները երկու թույլատրելի շերտերում (էլեկտրոններով լցված և դատարկ վիճակները բաժանող մակարդակներ (տես Ներածություն)) ձևավորելու համար անհրաժեշտ է. զարկերակային հանգստի ժամանակըկային էլեկտրոնների և անցքերի մեծության մի քանի կարգեր ավելի քիչ կյանքավելցուկային լիցքակիրներ.

Որպես արդյունք անհավասարակշռությունընդհանուր առմամբ, էլեկտրոն-անցք գազը կարելի է համարել որպես համակցություն հավասարակշռության էլեկտրոնայինգազ հաղորդման գոտում և հավասարակշռության անցքգազը վալենտական ​​գոտում (նկ. 2):

Նկ.2. Շրջված մակարդակի պոպուլյացիայով կիսահաղորդչի էներգետիկ դիագրամ: Էլեկտրոններով լցված վիճակները ստվերում են:

Լազերի աշխատանքային միջավայրում (մեր դեպքում՝ կիսահաղորդչային բյուրեղում) հակադարձ պոպուլյացիա ստեղծելու կարգը կոչվում է. պոմպային.Կիսահաղորդչային լազերները կարող են դրսից մղվել լույսով, արագ էլեկտրոնների ճառագայթով, ռադիոհաճախականության ուժեղ դաշտով կամ բուն կիսահաղորդիչում հարվածային իոնացումով: Բայց ամենապարզը, ամենախնայողությունը և, պայմանավորված այն հանգամանքով, որ. առավել տարածվածկիսահաղորդչային լազերները մղելու եղանակն է ներարկումլիցքակիրներ այլասերված p-n հանգույցում(տե՛ս «Կիսահաղորդչային սարքերի ֆիզիկա» մեթոդական ձեռնարկ, թունելային դիոդ): Նման պոմպային սկզբունքը պարզ է 3-րդ նկարից, որտեղ էներգիայի դիագրամնման անցում թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում և ժ մեծ առաջնային կողմնակալություն. Կարելի է տեսնել, որ d տարածաշրջանում, ուղղակիորեն p-n հանգույցին հարևանությամբ, իրականացվում է հակադարձ պոպուլյացիա. էներգիայի հեռավորությունը քվազի-Ֆերմի մակարդակների միջև ավելի մեծ է, քան գոտու բացը:

Նկ.3. Այլասերված pn հանգույց թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում (ձախից) և մեծ առաջադիմության (աջից):

Այնուամենայնիվ, աշխատանքային միջավայրում հակադարձ բնակչության ստեղծումն է անհրաժեշտ,Ինչպես նաեւ ոչ բավարար պայմանլազերային ճառագայթում առաջացնելու համար: Ցանկացած լազերային և հատկապես կիսահաղորդչային լազերի դեպքում սարքին մատակարարվող պոմպի էներգիայի մի մասը անիմաստ կկորչի: Եվ միայն այն դեպքում, երբ պոմպային հզորությունը գերազանցում է որոշակի արժեքը. սերնդի շեմը,լազերը սկսում է աշխատել որպես քվանտային լույսի ուժեղացուցիչ: Երբ սերնդի շեմը գերազանցվում է.

· Ա) կտրուկ ավելանում էսարքի կողմից արտանետվող ճառագայթման ինտենսիվությունը (նկ. 4ա);

բ) կոնաձևներսպեկտրալ տողճառագայթում (նկ. 4b);

· գ) ճառագայթումը դառնում է համահունչ և նեղ կենտրոնացված:

Նկ.4. Կիսահաղորդչային լազերի ինտենսիվության բարձրացում (ձախ) և արտանետման սպեկտրային գծի (աջ) նեղացում, երբ հոսանքը գերազանցում է շեմային արժեքը:

Շեմային լազինգի պայմաններին հասնելու համար լազերային աշխատանքային միջավայրը սովորաբար տեղադրվում է օպտիկական ռեզոնատոր:Սա մեծացնում է օպտիկական ճանապարհի երկարությունըաշխատանքային միջավայրում լույսի ճառագայթը, հեշտացնում է լազինգի շեմին հասնելը, նպաստում է ճառագայթի ավելի լավ կենտրոնացմանը և այլն: Կիսահաղորդչային լազերներում օպտիկական ռեզոնատորների տեսակների բազմազանությունից ամենատարածվածն ամենապարզն է. Fabry-Pero ռեզոնատոր– երկու հարթ զուգահեռ հայելիներ, որոնք ուղղահայաց են pn հանգույցին: Ավելին, կիսահաղորդչային բյուրեղի փայլեցված եզրերը օգտագործվում են որպես հայելիներ:

Դիտարկենք էլեկտրամագնիսական ալիքի անցումը նման ռեզոնատորով: Վերցնենք ռեզոնատորի ձախ հայելու հաղորդունակությունը և արտացոլման գործակիցը t 1Եվ r 1, աջ (որի միջոցով ճառագայթումը դուրս է գալիս) - ետեւում t 2Եվ r 2; ռեզոնատորի երկարությունը - Լ. Թող բյուրեղի ձախ կողմում դրսից ընկնի էլեկտրամագնիսական ալիք, որի հավասարումը կգրվի ձևով.

. (11)

Անցնելով ձախ հայելու, բյուրեղի և աջ հայելու միջով, ճառագայթման մի մասը դուրս կգա բյուրեղի աջ կողմով, իսկ մի մասը կարտացոլվի և նորից կգնա դեպի ձախ կողմը (նկ. 5):

Նկ.5. Էլեկտրամագնիսական ալիք Ֆաբրի-Պերոյի ռեզոնատորում:

Ռեզոնատորում ճառագայթի հետագա ուղին, առաջացող և արտացոլված ճառագայթների ամպլիտուդները պարզ են նկարից։ Եկեք ամփոփենք արձակված բոլոր էլեկտրամագնիսական ալիքների ամպլիտուդները բյուրեղի աջ կողմի միջով:

= (12).

Մենք կպահանջենք, որ աջ կողմում առաջացող բոլոր ալիքների ամպլիտուդների գումարը հավասար չլինի զրոյի նույնիսկ բյուրեղի ձախ կողմում գտնվող ալիքի անհետացող փոքր ամպլիտուդով: Ակնհայտ է, որ դա կարող է տեղի ունենալ միայն այն դեպքում, երբ (12) կոտորակի հայտարարը ձգտում է զրոյի: Այստեղից մենք ստանում ենք.

, (13)

և հաշվի առնելով այն հանգամանքը, որ լույսի ինտենսիվությունը, այսինքն. , Որտեղ Ռ 1 , Ռ 2 - հայելիների արտացոլման գործակիցները՝ բյուրեղյա երեսները «ըստ ինտենսիվության», և, ի լրումն, մենք վերջապես կգրենք լազինգի շեմի հարաբերակցությունը հետևյալ կերպ.

. (14)

(11)-ից հետևում է, որ ցուցիչում ներառված 2G գործոնը կապված է բյուրեղի բեկման բարդ ցուցիչի հետ.

(15)-ի աջ կողմում առաջին տերմինը որոշում է լույսի ալիքի փուլը, իսկ երկրորդը՝ ամպլիտուդան: Սովորական, թերմոդինամիկորեն հավասարակշռված միջավայրում տեղի է ունենում լույսի թուլացում (կլանում), լազերի ակտիվ աշխատանքային միջավայրում նույն հարաբերությունը պետք է գրվի ձևով. , Որտեղ է - լույսի շահույթ, և խորհրդանիշը α iնշանակված բոլոր կորուստներըպոմպի էներգիան, պարտադիր չէ, որ միայն օպտիկական բնույթ ունենա: Հետո ամպլիտուդի շեմի պայմանըվերաշարադրվելու է հետևյալ կերպ.

կամ . (16)

Այսպիսով, մենք սահմանել ենք անհրաժեշտ(9) և բավարար(16) կիսահաղորդչային լազերի ստեղծման պայմանները. Հենց որ արժեքը շահույթկգերազանցի կորուստներառաջին տերմինով որոշված ​​քանակով (16), մակարդակների հակադարձ բնակչությամբ աշխատանքային միջավայրում լույսը կսկսի ուժեղանալ: Շահույթն ինքնին կախված կլինի պոմպի հզորությունից կամ, որը նույնն է ներարկման լազերների համար, մեծությունից գործառնական հոսանքը.Կիսահաղորդչային լազերների բնորոշ աշխատանքային տարածքում և գծայինորեն կախված է գործող հոսանքից

. (17)

Սկսած (16) և (17) համար շեմային հոսանքմենք ստանում ենք.

, (18)

որտեղից Ի 0-ը նշանակված է այսպես կոչված «Ինվերսիոն շեմը» գործառնական ընթացիկ արժեքն է, որով ձեռք է բերվում կիսահաղորդիչում հակադարձ բնակչությունը: Որովհետեւ սովորաբար, (18)-ի առաջին տերմինը կարող է անտեսվել:

Համաչափության գործոն β լազերի համար, օգտագործելով սովորական p-n հանգույցը և պատրաստված, օրինակ, GaAs-ից, կարելի է հաշվարկել բանաձևով.

, (19)

Որտեղ Եև Դ E –լազերային ճառագայթման սպեկտրային գծի դիրքը և կես լայնությունը:

18 բանաձևով հաշվարկը տալիս է սենյակային ջերմաստիճանում T = 300 K նման լազերի համար շեմային հոսանքի խտության շատ բարձր արժեքներ 5: 10 4 A / սմ 2, այսինքն. Նման լազերները կարող են շահագործվել կամ լավ սառեցմամբ կամ կարճ իմպուլսային ռեժիմով: Հետևաբար, ինչպես նշվեց վերևում, միայն Ժ.Ի.Ալֆերովի խմբի կողմից 1970թ heterojonction լազերներթույլատրվում է փոքրացնել 2 կարգովկիսահաղորդչային լազերների շեմային հոսանքները, որոնք, ի վերջո, հանգեցրին էլեկտրոնիկայի մեջ այդ սարքերի լայն կիրառմանը:

Հասկանալու համար, թե ինչպես է դա ձեռք բերվել, եկեք ավելի սերտ նայենք կորստի կառուցվածքըկիսահաղորդչային լազերներում։ Ոչ կոնկրետ, ընդհանուր բոլոր լազերների համար,և սկզբունքորեն անդառնալի կորուստներկորուստները պետք է վերագրվեն ինքնաբուխ անցումներև կորուստները ջերմացում.

Ինքնաբուխ անցումներվերին մակարդակից մինչև ստորին մակարդակը միշտ ներկա կլինի, և քանի որ այս դեպքում արտանետվող լույսի քվանտան կունենա պատահական բաշխում տարածման փուլում և ուղղությամբ (դրանք չեն համահունչ), ապա պոմպի էներգիայի ծախսը ինքնաբուխ վերամիավորվող էլեկտրոն-անցք զույգերի առաջացման վրա պետք է դասակարգվի որպես կորուստներ։

Ցանկացած պոմպային մեթոդի դեպքում էլեկտրոնները, որոնց էներգիան ավելի մեծ է, քան քվազի-Ֆերմի մակարդակի էներգիան, կնետվեն կիսահաղորդչի հաղորդման գոտու մեջ: F C. Այս էլեկտրոնները, կորցնելով էներգիան ցանցային արատների հետ բախումների ժամանակ, արագ իջնում ​​են մինչև քվազի-Ֆերմի մակարդակը. ջերմացում.Էլեկտրոնների կողմից կորցրած էներգիան, երբ դրանք ցրվում են ցանցի արատների վրա, ջերմացման կորուստն է:

TO մասամբ շարժականկորուստները կարող են ներառել կորուստներ ոչ ճառագայթային ռեկոմբինացիա. Ուղղակի բաց կիսահաղորդիչներում խորը կեղտոտության մակարդակները սովորաբար պատասխանատու են ոչ ճառագայթային վերահամակցման համար (տես «Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը միատարր կիսահաղորդիչների մեջ»): Կիսահաղորդչային բյուրեղի մանրակրկիտ մաքրումը կեղտից, որը ձևավորում է նման մակարդակներ, նվազեցնում է ոչ ճառագայթային վերահամակցման հավանականությունը:

Եվ վերջապես, կորուստները ոչ ռեզոնանսային կլանումըև շարունակ արտահոսքի հոսանքներկարող է զգալիորեն կրճատվել արտադրության համար լազերների օգտագործմամբ հետերոկառուցվածքներ.

Ի տարբերություն սովորական p-n հանգույցների, որտեղ նույնական կիսահաղորդիչները գտնվում են շփման կետի աջ և ձախ կողմերում, որոնք տարբերվում են միայն կեղտերի կազմով և հաղորդունակության տեսակով, հետերկառուցվածքներում տարբեր քիմիական բաղադրության կիսահաղորդիչներ են գտնվում շփման երկու կողմերում: Այս կիսահաղորդիչներն ունեն տարբեր ժապավենային բացեր, ուստի շփման կետում տեղի կունենա էլեկտրոնի պոտենցիալ էներգիայի «ցատկ» («կեռիկի» տեսակը կամ «պատի» տեսակը (նկ. 6)):

Նկ.6. Երկկողմանի հետերոկառուցվածքի վրա հիմնված ներարկման լազեր թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում (ձախ) և գործող ռեժիմում (աջ):

Կախված կիսահաղորդիչների հաղորդունակության տեսակից, հետերոկառուցվածքները կարող են լինել իզոտիպիկ(p-P; n-N հետերոկառուցվածքներ) և անիզոտիպիկ(p-N; n-P հետերոկառուցվածքներ): Հետերոկառուցվածքներում մեծատառերը սովորաբար նշանակում են կիսահաղորդիչ՝ ավելի մեծ ժապավենի բացվածքով: Ոչ բոլոր կիսահաղորդիչներն են ընդունակ ձևավորելու բարձրորակ հետերոկառուցվածքներ, որոնք հարմար են դրանց հիման վրա էլեկտրոնային սարքեր ստեղծելու համար: Որպեսզի միջերեսը հնարավորինս քիչ թերություններ պարունակի, հետերկառուցվածքի բաղադրիչները պետք է ունենան նույն բյուրեղյա կառուցվածքըև շատ փակ արժեքներվանդակավոր հաստատուն: A III B V խմբի կիսահաղորդիչներից միայն երկու զույգ միացություններ են բավարարում այս պահանջը՝ GaAs-AlAs և GaSb-AlSb և դրանց պինդ լուծումներ(տես Ներածություն), այսինքն. GaAs-Ga x Al 1- x As; GaSb-Ga x Al 1- x Sb. Բարդացնելով կիսահաղորդիչների բաղադրությունը՝ հնարավոր է ընտրել այլ զույգեր, որոնք հարմար են հետերկառուցվածքներ ստեղծելու համար, օրինակ InP-In x Ga 1- x As y P 1- y; InP- Al x Ga 1- x As y Sb 1- y. Ներարկման լազերները պատրաստվում են նաև A IV B VI կիսահաղորդչային միացությունների վրա հիմնված հետերոկառուցվածքներից, ինչպիսիք են PbTe-Pb x Sn 1- x Te; PbSe-Pb x Sn 1- x Se - այս լազերներն արձակում են սպեկտրի հեռավոր ինֆրակարմիր հատվածում:

Կորուստները վրա արտահոսքի հոսանքներհետերոլազերներում այն ​​հնարավոր է գրեթե ամբողջությամբ վերացնել հետերոկառուցվածքը կազմող կիսահաղորդիչների ժապավենային բացերի տարբերության պատճառով։ Իրոք (նկ. 3), d շրջանի լայնությունը սովորական p-n հանգույցի մոտ, որտեղ հակադարձ պոպուլյացիայի պայմանը բավարարված է, ընդամենը 1 մկմ է, մինչդեռ հանգույցի միջով ներարկվող լիցքակիրները վերամիավորվում են L n + շատ ավելի մեծ տարածաշրջանում: L p 10 մկմ լայնությամբ: Այս տարածաշրջանում կրիչների վերամիավորումը չի նպաստում համահունչ արտանետմանը: IN երկկողմանի N-p-P հետերոկառուցվածք (նկ. 6) շրջան՝ շրջված պոպուլյացիայով համընկնում է նեղ բացվածքով կիսահաղորդչային շերտի հաստության հետհետերոլազերի կենտրոնում: Գրեթե ամեն ինչէլեկտրոններ և անցքեր, որոնք ներարկվել են այս հատվածում լայն բաց կիսահաղորդիչներից այնտեղ նրանք վերամիավորվում են:Լայն բացվածքով և նեղ բացվածքով կիսահաղորդիչների միջերեսում պոտենցիալ խոչընդոտները կանխում են լիցքակիրների «տարածումը», ինչը կտրուկ մեծացնում է նման կառուցվածքի արդյունավետությունը սովորական (նկ. 3) p-n հանգույցի համեմատ:

Ոչ միայն ոչ հավասարակշռված էլեկտրոնները և անցքերը կկենտրոնանան նեղ բացվածքով կիսահաղորդչի շերտում, այլև ճառագայթման մեծ մասը:Այս երևույթի պատճառն այն է, որ հետերկառուցվածքը կազմող կիսահաղորդիչները տարբերվում են իրենց բեկման ինդեքսով։ Սովորաբար, բեկման ինդեքսն ավելի բարձր է նեղ բացվածքով կիսահաղորդիչների համար: Հետևաբար, երկու կիսահաղորդիչների սահմանի վրա անկման անկյուն ունեցող բոլոր ճառագայթները

, (20)

կենթարկվի ընդհանուր ներքին արտացոլում.Հետևաբար, ճառագայթումը «կփակվի» ակտիվ շերտում (նկ. 7), ինչը զգալիորեն կնվազեցնի կորուստները. ոչ ռեզոնանսային կլանումը(սովորաբար սա այսպես կոչված «կլանումն է անվճար լիցքակիրների կողմից»):

Նկ.7. Օպտիկական սահմանափակում հետերոկառուցվածքում լույսի տարածման ժամանակ: θ-ից մեծ անկման անկյան դեպքում ընդհանուր ներքին արտացոլումը տեղի է ունենում հետերոկառուցվածքը կազմող կիսահաղորդիչների միջերեսից:

Վերոհիշյալ բոլորը հնարավորություն են տալիս ստանալ հետերոլազերների մեջ հսկա օպտիկական շահույթակտիվ շրջանի միկրոսկոպիկ չափերով՝ ակտիվ շերտի հաստություն, ռեզոնատորի երկարություն . Հետերոլազերները գործում են սենյակային ջերմաստիճանում շարունակական ռեժիմ, և բնորոշ գործող հոսանքի խտությունըչեն գերազանցում 500 Ա/սմ2: Արտանետումների սպեկտրառավել առևտրային արտադրության լազերներ, որոնցում գտնվում է աշխատանքային միջավայրը գալիումի արսենիդ,ներկայացնում է նեղ գիծ, ​​որի առավելագույնը գտնվում է սպեկտրի մոտ ինֆրակարմիր շրջանում , չնայած ստեղծվել են կիսահաղորդչային լազերներ, որոնք արտադրում են տեսանելի ճառագայթում, և լազերներ, որոնք արձակում են հեռավոր ինֆրակարմիր տարածաշրջանում .

Ուղարկել ձեր լավ աշխատանքը գիտելիքների բազայում պարզ է: Օգտագործեք ստորև ներկայացված ձևը

Ուսանողները, ասպիրանտները, երիտասարդ գիտնականները, ովքեր օգտագործում են գիտելիքների բազան իրենց ուսումնառության և աշխատանքի մեջ, շատ շնորհակալ կլինեն ձեզ:

Նմանատիպ փաստաթղթեր

Էլեկտրամագնիսական էներգիայի իմպուլսի տարածում լույսի ուղեցույցով: Ինտերմոդային դիսպերսիա բազմամոդային մանրաթելերում: Ներռեժիմային դիսպերսիայի որոշում. Նյութի և ալիքատարի ցրումը մեկ ռեժիմով մանրաթելային լույսի ուղեցույցում: Զրո ցրման ալիքի երկարություն:

թեստ, ավելացվել է 05/18/2011


Ներարկման պոմպային մեխանիզմ: Շեղման լարման մեծությունը: Կիսահաղորդչային լազերների և դրանց խմբերի հիմնական բնութագրերը. Կիսահաղորդչային լազերի արտանետումների բնորոշ սպեկտրը: Շեմային հոսանքների արժեքները. Լազերային ճառագայթման հզորությունը իմպուլսային ռեժիմում:

շնորհանդես, ավելացվել է 19.02.2014թ


Օպտիկամանրաթելային համակարգի (FOLS) վերականգնման հատվածի երկարության հաշվարկը տեղեկատվության փոխանցման համար՝ համաձայն համակարգի էներգետիկ ներուժի և մանրաթելային լույսի ուղեցույցներում ցրվածության: Օպտիկամանրաթելային կապի գծերի արագության գնահատում. Թողունակության սահմանում.

թեստ, ավելացվել է 05/29/2014


Էրբիումի օպտիկական ազդանշանի ուժեղացուցիչներ: Օպտիկամանրաթելային ուժեղացուցիչների պարամետրերը. Ազդանշանի ելքային հզորություն և պոմպի էներգաարդյունավետություն: Ձեռքի շերտի լայնությունը և միատեսակությունը: Կիսահաղորդչային պոմպի լազեր «LATUS-K». Պոմպի լազերային դիզայն.

թեզ, ավելացվել է 24.12.2015թ


Օրգանական նյութերի մշակման համար նախատեսված կիսահաղորդչային լազերի հիման վրա էժան լազերային համալիր ստեղծելու նախագծի մշակման փուլերը և իրականացման հեռանկարները: Ֆոտոդետեկտորի հիմնական պարամետրերի և բնութագրերի ուսումնասիրություն.

դասընթացի աշխատանք, ավելացվել է 15.07.2015թ


Երրորդ սերնդի օպտիկամանրաթելային կապի գծերի երրորդ և հինգերորդ խմբերի միացումների հիման վրա կիսահաղորդչային լազերային կառուցվածքի հաշվարկ: Բյուրեղային կառուցվածքի ընտրություն. Պարամետրերի հաշվարկ, DFB ռեզոնատոր, ներքին քվանտային ելք, օպտիկական սահմանափակություն:

դասընթացի աշխատանք, ավելացվել է 11/05/2015 թ


Օպտիկամանրաթելային մալուխի անցկացում SDH համաժամանակյա թվային հիերարխիայի (SDH) սարքավորումների միջոցով, կոմպակտ K-60p համակարգի փոխարեն, Dzhetygara - Komsomolets հատվածում: Կիսահաղորդչային լազերի ճառագայթման առավելագույն թույլատրելի մակարդակների հաշվարկը:

թեզ, ավելացվել է 11/06/2014 թ


Հարթ ալիքի հաճախականությունը երկու կրիչների միջերեսի վրա, ալիքի դիմադրության և դաշտի բաղադրիչների հարաբերակցությունը: Բևեռացված ալիքների տարածումը մետաղական մանրաթելում, դրանց ներթափանցման խորության հաշվարկը։ Դիէլեկտրիկ լույսի ուղեցույցի ներսում դաշտի որոշում:

դասընթացի աշխատանք, ավելացվել է 06/07/2011

Ներածություն

20-րդ դարի երկրորդ կեսի ֆիզիկայի ամենաուշագրավ ձեռքբերումներից մեկը ֆիզիկական երևույթների հայտնաբերումն էր, որը հիմք հանդիսացավ օպտիկական քվանտային գեներատորի կամ լազերի զարմանալի սարքի ստեղծման համար:

Լազերը մոնոխրոմատիկ համահունչ լույսի աղբյուր է՝ բարձր ուղղորդող լույսի ճառագայթով:

Քվանտային գեներատորները էլեկտրոնային սարքերի հատուկ դաս են, որոնք ներառում են ամենաժամանակակից ձեռքբերումները գիտության և տեխնիկայի տարբեր ոլորտներում:

Գազային լազերներն այն լազերներն են, որոնցում ակտիվ միջավայրը գազ է, մի քանի գազերի խառնուրդ կամ գազերի խառնուրդ մետաղական գոլորշիներով:

Գազի լազերներն այսօր լազերների ամենաշատ կիրառվող տեսակն են: Գազի լազերների տարբեր տեսակների մեջ միշտ հնարավոր է գտնել լազեր, որը կբավարարի գրեթե ցանկացած լազերային պահանջ, բացառությամբ իմպուլսային ռեժիմում սպեկտրի տեսանելի հատվածում շատ բարձր հզորության:

Նյութերի ոչ գծային օպտիկական հատկություններն ուսումնասիրելիս շատ փորձերի համար անհրաժեշտ են բարձր հզորություններ։ Ներկայումս գազի լազերներում բարձր հզորություններ չեն ստացվել, քանի որ դրանցում ատոմների խտությունը բավականաչափ բարձր չէ։ Այնուամենայնիվ, գրեթե բոլոր այլ նպատակների համար կարելի է գտնել գազի լազերի հատուկ տեսակ, որը գերազանցում է ինչպես օպտիկական պոմպային պինդ վիճակի, այնպես էլ կիսահաղորդչային լազերներին:

Գազի լազերների մեծ խումբը բաղկացած է գազային լազերներից, որոնցում ակտիվ միջավայրը հազվագյուտ գազ է (ճնշումը՝ 1–10 մմ ս.ս.), իսկ պոմպումն իրականացվում է էլեկտրական լիցքաթափման միջոցով, որը կարող է լինել փայլուն կամ աղեղ և առաջանում է։ ուղղակի հոսանքի կամ բարձր հաճախականության փոփոխական հոսանքի միջոցով (10 –50 ՄՀց):

Գազի արտանետման լազերների մի քանի տեսակներ կան. Իոնային լազերներում ճառագայթումն առաջանում է իոնային էներգիայի մակարդակների միջև էլեկտրոնների անցումներով: Օրինակ է արգոն լազերը, որն օգտագործում է ուղղակի հոսանքի աղեղի արտանետում:

Ատոմային անցումային լազերները ստեղծվում են ատոմային էներգիայի մակարդակների միջև էլեկտրոնների անցումներով: Այս լազերներն արտադրում են 0,4–100 մկմ ալիքի երկարությամբ ճառագայթում։ Օրինակ՝ հելիում-նեոնային լազեր, որն աշխատում է հելիումի և նեոնի խառնուրդի վրա մոտ 1 մմ Hg ճնշման ներքո: Արվեստ. Պոմպի համար օգտագործվում է փայլի արտանետում, որը ստեղծվում է մոտավորապես 1000 Վ հաստատուն լարման միջոցով:

Գազի արտանետման լազերները ներառում են նաև մոլեկուլային լազերներ, որոնցում ճառագայթումն առաջանում է մոլեկուլների էներգիայի մակարդակների միջև էլեկտրոնների անցումներից: Այս լազերներն ունեն հաճախականության լայն տիրույթ, որը համապատասխանում է ալիքի երկարություններին 0,2-ից մինչև 50 մկմ:

Ամենատարածված մոլեկուլային լազերը ածխածնի երկօքսիդն է (CO 2 լազեր): Այն կարող է արտադրել մինչև 10 կՎտ հզորություն և ունի բավականին բարձր արդյունավետություն՝ մոտ 40%: Հիմնական ածխաթթու գազին սովորաբար ավելացվում են ազոտի, հելիումի և այլ գազերի կեղտեր: Պոմպի համար օգտագործվում է ուղղակի հոսանք կամ բարձր հաճախականության փայլի արտանետում: Ածխածնի երկօքսիդի լազերը արտադրում է մոտ 10 մկմ ալիքի երկարությամբ ճառագայթում:

Քվանտային գեներատորների նախագծումը շատ աշխատատար է գործընթացների լայն բազմազանության պատճառով, որոնք որոշում են դրանց կատարողական բնութագրերը, բայց չնայած դրան, ածխածնի երկօքսիդի գազի լազերները օգտագործվում են բազմաթիվ ոլորտներում:

CO 2 լազերի վրա հիմնված, լազերային ուղղորդման համակարգերը, տեղակայման վրա հիմնված շրջակա միջավայրի մոնիտորինգի համակարգերը (լիդարներ), լազերային եռակցման, մետաղների և դիէլեկտրական նյութերի կտրման տեխնոլոգիական կայանքները, ապակե մակերևույթները քերծելու և պողպատե արտադրանքի մակերեսային կարծրացման սարքերը մշակվել և հաջողությամբ են մշակվել: վիրահատվել. CO2 լազերները լայնորեն կիրառվում են նաև տիեզերական հաղորդակցության համակարգերում։

«Օպտոէլեկտրոնային քվանտային սարքեր և սարքեր» առարկայի հիմնական նպատակն է ուսումնասիրել օպտիկական հաղորդակցության համակարգերում օգտագործվող կարևորագույն գործիքների և սարքերի ֆիզիկական հիմքերը, դիզայնը, շահագործման սկզբունքները, բնութագրերը և պարամետրերը: Դրանք ներառում են քվանտային գեներատորներ և ուժեղացուցիչներ, օպտիկական մոդուլատորներ, ֆոտոդետեկտորներ, ոչ գծային օպտիկական տարրեր և սարքեր, հոլոգրաֆիկ և ինտեգրված օպտիկական բաղադրիչներ: Սա ենթադրում է այս դասընթացի նախագծի թեմայի արդիականությունը:

Այս դասընթացի նախագծի նպատակն է նկարագրել գազի լազերները և հաշվարկել հելիում-նեոնային լազերը:

Նպատակին համապատասխան լուծվում են հետևյալ խնդիրները.

Քվանտային գեներատորի աշխատանքի սկզբունքի ուսումնասիրություն;

CO 2 լազերի նախագծման և շահագործման սկզբունքի ուսումնասիրություն;

Լազերների հետ աշխատելիս անվտանգության փաստաթղթերի ուսումնասիրություն;

CO 2 լազերի հաշվարկ:

1 Քվանտային գեներատորի շահագործման սկզբունքը

Քվանտային գեներատորների շահագործման սկզբունքը հիմնված է էլեկտրամագնիսական ալիքների ուժեղացման վրա՝ օգտագործելով հարկադիր (ինդուկտիվ) ճառագայթման ազդեցությունը։ Ուժեղացումն ապահովվում է ներքին էներգիայի արտազատմամբ ատոմների, մոլեկուլների և իոնների անցումների ժամանակ, որոնք խթանվում են արտաքին ճառագայթման միջոցով որոշակի գրգռված վերին էներգիայի մակարդակից դեպի ցածր (գտնվում է ներքևում): Այս հարկադիր անցումները պայմանավորված են ֆոտոններով։ Ֆոտոնի էներգիան կարող է հաշվարկվել բանաձևով.

hν = E 2 - E 1,

որտեղ E2 և E1 վերին և ստորին մակարդակների էներգիաներն են.

h = 6,626∙10-34 J∙s – Պլանկի հաստատուն;

ν = c/λ – ճառագայթման հաճախականություն, c – լույսի արագություն, λ – ալիքի երկարություն:

Գրգռումը կամ, ինչպես սովորաբար կոչվում է, մղումը, իրականացվում է կամ ուղղակիորեն էլեկտրական էներգիայի աղբյուրից, կամ օպտիկական ճառագայթման հոսքի, քիմիական ռեակցիայի կամ էներգիայի մի շարք այլ աղբյուրների պատճառով:

Ջերմոդինամիկական հավասարակշռության պայմաններում մասնիկների էներգիայի բաշխումը եզակիորեն որոշվում է մարմնի ջերմաստիճանով և նկարագրվում է Բոլցմանի օրենքով, ըստ որի, որքան բարձր է էներգիայի մակարդակը, այնքան ցածր է մասնիկների կոնցենտրացիան տվյալ վիճակում, այլ կերպ ասած. , այնքան քիչ է նրա բնակչությունը։

Պոմպի ազդեցության տակ, որը խախտում է թերմոդինամիկական հավասարակշռությունը, հակառակ իրավիճակ կարող է առաջանալ, երբ վերին մակարդակի բնակչությունը գերազանցում է ստորինի պոպուլյացիան։ Առաջանում է մի պայման, որը կոչվում է բնակչության ինվերսիա: Այս դեպքում վերին էներգիայի մակարդակից դեպի ստորին հարկադիր անցումների թիվը, որոնց ընթացքում տեղի է ունենում գրգռված ճառագայթում, կգերազանցի հակադարձ անցումների թիվը, որոնք ուղեկցվում են սկզբնական ճառագայթման կլանմամբ: Քանի որ առաջացած ճառագայթման տարածման ուղղությունը, փուլը և բևեռացումը համընկնում են ազդող ճառագայթման ուղղության, փուլի և բևեռացման հետ, տեղի է ունենում դրա ուժեղացման ազդեցությունը:

Այն միջավայրը, որում ճառագայթումը կարող է ուժեղացվել ինդուկացված անցումների պատճառով, կոչվում է ակտիվ միջավայր։ Նրա ուժեղացուցիչ հատկությունները բնութագրող հիմնական պարամետրը գործակիցն է կամ ուժեղացման ինդեքսը kν - պարամետր, որը որոշում է ճառագայթման հոսքի փոփոխությունը ν հաճախականությամբ փոխազդեցության տարածության միավորի երկարության համար:

Ակտիվ միջավայրի ուժեղացնող հատկությունները կարող են զգալիորեն աճել՝ կիրառելով ռադիոֆիզիկայում հայտնի դրական հետադարձ կապի սկզբունքը, երբ ուժեղացված ազդանշանի մի մասը վերադառնում է ակտիվ միջավայր և կրկին ուժեղացվում է: Եթե ​​այս դեպքում շահույթը գերազանցում է բոլոր կորուստները, ներառյալ նրանք, որոնք օգտագործվում են որպես օգտակար ազդանշան (օգտակար կորուստներ), ապա տեղի է ունենում ինքնաստեղծման ռեժիմ:

Ինքնաստեղծումը սկսվում է ինքնաբուխ անցումների ի հայտ գալուց և զարգանում է մինչև որոշակի կայուն մակարդակ, որը որոշվում է շահույթի և կորստի հավասարակշռությամբ:

Քվանտային էլեկտրոնիկայի մեջ, տվյալ ալիքի երկարությամբ դրական արձագանք ստեղծելու համար, օգտագործվում են հիմնականում բաց ռեզոնատորներ՝ երկու հայելիների համակարգ, որոնցից մեկը (խուլը) կարող է ամբողջովին անթափանց լինել, երկրորդը (ելքը)՝ կիսաթափանցիկ:

Լազերային առաջացման շրջանը համապատասխանում է էլեկտրամագնիսական ալիքների օպտիկական տիրույթին, այդ իսկ պատճառով լազերային ռեզոնատորները կոչվում են նաև օպտիկական ռեզոնատորներ։

Վերոնշյալ տարրերով լազերի բնորոշ ֆունկցիոնալ դիագրամը ներկայացված է Նկար 1-ում:

Գազի լազերի նախագծման պարտադիր տարրը պետք է լինի կեղևը (գազի արտանետման խողովակ), որի ծավալում կա որոշակի բաղադրության գազ տվյալ ճնշման դեպքում: Կեղևի ծայրային կողմերը ծածկված են լազերային ճառագայթման նկատմամբ թափանցիկ նյութից պատրաստված պատուհաններով։ Սարքի այս ֆունկցիոնալ մասը կոչվում է ակտիվ տարր: Նրանց մակերեսից արտացոլման պատճառով կորուստները նվազեցնելու համար պատուհանները տեղադրվում են Բրյուսթերի անկյան տակ: Նման սարքերում լազերային ճառագայթումը միշտ բևեռացված է:

Ակտիվ տարրը ակտիվ տարրից դուրս տեղադրված ռեզոնատոր հայելիների հետ միասին կոչվում է էմիտեր։ Հնարավոր է տարբերակ, երբ ռեզոնատորի հայելիները ուղղակիորեն ամրագրված են ակտիվ տարրի կեղևի ծայրերին, միաժամանակ կատարելով պատուհանների գործառույթը գազի ծավալը կնքելու համար (լազերային ներքին հայելիներով):

Ակտիվ միջավայրի շահույթի կախվածությունը հաճախականությունից (շահույթի միացում) որոշվում է աշխատանքային քվանտային անցման սպեկտրային գծի ձևով։ Լազերային գեներացումը տեղի է ունենում միայն այս միացումում այնպիսի հաճախականություններում, որոնցում հայելիների միջև ընկած տարածության մեջ տեղավորվում է կիսաալիքների ամբողջ թիվ: Այս դեպքում ռեզոնատորում առաջ և հետընթաց ալիքների միջամտության արդյունքում առաջանում են, այսպես կոչված, կանգուն ալիքներ՝ հայելիների վրա էներգետիկ հանգույցներով։

Կանգնած ալիքների էլեկտրամագնիսական դաշտի կառուցվածքը ռեզոնատորում կարող է շատ բազմազան լինել։ Դրա հատուկ կոնֆիգուրացիաները սովորաբար կոչվում են ռեժիմներ: Տարբեր հաճախականություններով, բայց լայնակի ուղղությամբ դաշտի նույն բաշխվածությամբ տատանումները կոչվում են երկայնական (կամ առանցքային) ռեժիմներ։ Նրանք կապված են ալիքների հետ, որոնք խիստ տարածվում են ռեզոնատորի առանցքի երկայնքով: Տատանումներ, որոնք միմյանցից տարբերվում են դաշտի բաշխմամբ՝ լայնակի ուղղությամբ, համապատասխանաբար՝ լայնակի (կամ ոչ առանցքային) ռեժիմներով։ Դրանք կապված են ալիքների հետ, որոնք տարածվում են առանցքի տարբեր փոքր անկյուններով և համապատասխանաբար ունեն ալիքի վեկտորի լայնակի բաղադրիչ: Տարբեր եղանակները նշելու համար օգտագործվում է հետևյալ հապավումը՝ TEMmn: Այս նշումով m և n-ը ինդեքսներ են, որոնք ցույց են տալիս հայելիների վրա դաշտի փոփոխության պարբերականությունը լայնակի ուղղությամբ տարբեր կոորդինատների երկայնքով: Եթե ​​լազերային աշխատանքի ընթացքում ստեղծվում է միայն հիմնարար (ամենացածր) ռեժիմը, մենք խոսում ենք մեկ ռեժիմի գործող ռեժիմի մասին: Երբ կան մի քանի լայնակի ռեժիմներ, ռեժիմը կոչվում է բազմամոդ: Մեկ ռեժիմով աշխատելու դեպքում արտադրությունը հնարավոր է մի քանի հաճախականությամբ՝ տարբեր թվով երկայնական ռեժիմներով: Եթե ​​լազինգը տեղի է ունենում միայն մեկ երկայնական ռեժիմում, մենք խոսում ենք մեկ հաճախականության ռեժիմի մասին:

Նկար 1 – Գազի լազերային դիագրամ:

Նկարում օգտագործվում են հետևյալ անվանումները.

1. Օպտիկական ռեզոնատոր հայելիներ;
2. Օպտիկական ռեզոնատոր պատուհաններ;
3. Էլեկտրոդներ;
4. Գազի արտանետման խողովակ:

2 CO 2 լազերի նախագծում և աշխատանքի սկզբունքը

CO 2 լազերային սարքը սխեմատիկորեն ներկայացված է Նկար 2-ում:

Նկար 2 – CO2 լազերի սկզբունքը:

CO 2 լազերների ամենատարածված տեսակներից մեկը գազի դինամիկ լազերներն են: Դրանցում լազերային ճառագայթման համար պահանջվող հակադարձ պոպուլյացիան ձեռք է բերվում այն ​​պատճառով, որ գազը նախապես տաքացվում է մինչև 1500 Կ 20–30 ատմ ճնշման դեպքում։ , մտնում է աշխատանքային խցիկ, որտեղ ընդլայնվում է, և նրա ջերմաստիճանն ու ճնշումը կտրուկ նվազում են։ Նման լազերները կարող են արտադրել մինչև 100 կՎտ հզորությամբ շարունակական ճառագայթում։

CO 2 լազերների ակտիվ միջավայրը (ինչպես ասում են՝ «պոմպում») ստեղծելու համար առավել հաճախ օգտագործվում է ուղղակի հոսանքի փայլի արտանետում։ Վերջերս բարձր հաճախականությամբ լիցքաթափումը ավելի ու ավելի է օգտագործվում: Բայց սա առանձին թեմա է։ Բարձր հաճախականությամբ լիցքաթափումը և մեր ժամանակներում (ոչ միայն լազերային տեխնոլոգիայի մեջ) գտած ամենակարևոր կիրառությունները առանձին հոդվածի թեմա են։ Էլեկտրական լիցքաթափման CO 2 լազերների շահագործման ընդհանուր սկզբունքների, այս դեպքում առաջացող խնդիրների և ուղղակի հոսանքի արտանետման օգտագործման վրա հիմնված որոշ նախագծերի մասին։

70-ականների հենց սկզբին, բարձր հզորության CO 2 լազերների մշակման ժամանակ, պարզ դարձավ, որ արտահոսքը բնութագրվում է մինչ այժմ անհայտ հատկանիշներով և լազերների համար կործանարար անկայունությամբ։ Նրանք գրեթե անհաղթահարելի խոչընդոտներ են ստեղծում մեծ ծավալը պլազմայով բարձր ճնշման տակ լցնելու փորձերի համար, ինչը հենց այն է, ինչ պահանջվում է բարձր լազերային հզորություն ստանալու համար: Թերևս, կիրառական բնույթի խնդիրներից ոչ մեկը վերջին տասնամյակներում չի ծառայել գազերում էլեկտրական լիցքաթափման գիտության առաջընթացին, որքան բարձր հզորության շարունակական ալիքային CO 2 լազերների ստեղծման խնդիրը:

Դիտարկենք CO 2 լազերի շահագործման սկզբունքը:

Գրեթե ցանկացած լազերի ակտիվ միջավայրը մի նյութ է, որում շրջված պոպուլյացիա կարող է ստեղծվել որոշակի մոլեկուլներում կամ ատոմներում որոշակի զույգ մակարդակներում: Սա նշանակում է, որ վերին քվանտային վիճակում գտնվող մոլեկուլների թիվը, որը համապատասխանում է ճառագայթային լազերային անցմանը, գերազանցում է ստորինի մոլեկուլների թիվը։ Ի տարբերություն սովորական իրավիճակի՝ նման միջավայրով անցնող լույսի ճառագայթը չի ներծծվում, այլ ուժեղանում է, ինչը բացում է ճառագայթման առաջացման հնարավորությունը։

Դուք գիտեի՞ք, Ի՞նչ է մտքի փորձը, գեդանկեն փորձը։
Սա գոյություն չունեցող պրակտիկա է, այլաշխարհիկ փորձ, երևակայություն մի բանի, որն իրականում գոյություն չունի: Մտքի փորձերը նման են արթուն երազների: Նրանք հրեշներ են ծնում։ Ի տարբերություն ֆիզիկական փորձի, որը հիպոթեզների փորձարարական թեստ է, «մտքի փորձը» կախարդական կերպով փոխարինում է փորձարարական փորձարկումը ցանկալի եզրակացություններով, որոնք գործնականում չեն փորձարկվել՝ շահարկելով տրամաբանական կառուցվածքները, որոնք իրականում խախտում են տրամաբանությունը՝ օգտագործելով չապացուցված նախադրյալները որպես ապացուցվածներ. փոխարինմամբ է։ Այսպիսով, «մտքի փորձեր» դիմողների հիմնական խնդիրն է խաբել ունկնդրին կամ ընթերցողին` փոխարինելով իրական ֆիզիկական փորձն իր «տիկնիկով»՝ պայմանական վաղաժամկետ ազատման ֆիկտիվ պատճառաբանություն՝ առանց բուն ֆիզիկական ստուգման:
Ֆիզիկան երևակայական, «մտքի փորձերով» լցնելը հանգեցրել է աշխարհի անհեթեթ, սյուրռեալիստական, շփոթված պատկերի առաջացմանը: Իսկական հետազոտողը պետք է տարբերի նման «քաղցրավենիքի փաթաթանները» իրական արժեքներից։

Ռելատիվիստներն ու պոզիտիվիստները պնդում են, որ «մտածողության փորձերը» շատ օգտակար գործիք են տեսությունները (նաև մեր մտքում ծագած) հետևողականության համար ստուգելու համար: Դրանով նրանք խաբում են մարդկանց, քանի որ ցանկացած ստուգում կարող է իրականացվել միայն ստուգման օբյեկտից անկախ աղբյուրի կողմից: Հիպոթեզի դիմողն ինքը չի կարող լինել սեփական հայտարարության թեստ, քանի որ այս հայտարարության պատճառն ինքնին դիմումատուի համար տեսանելի հայտարարության մեջ հակասությունների բացակայությունն է:

Մենք դա տեսնում ենք SRT-ի և GTR-ի օրինակով, որոնք վերածվել են մի տեսակ կրոնի, որը վերահսկում է գիտությունը և հասարակական կարծիքը: Դրանց հակասող ոչ մի փաստ չի կարող հաղթահարել Էյնշտեյնի բանաձևը. «Եթե փաստը չի համապատասխանում տեսությանը, փոխիր փաստը» (մեկ այլ տարբերակում, «Արդյո՞ք փաստը չի համապատասխանում տեսությանը. - այնքան ավելի վատ փաստի համար. »):

Առավելագույնը, որ կարող է պնդել «մտքի փորձը», միայն վարկածի ներքին հետևողականությունն է դիմողի սեփական, հաճախ ոչ մի կերպ ճշմարիտ տրամաբանության շրջանակներում: Սա չի ստուգում համապատասխանությունը պրակտիկային: Իրական ստուգումը կարող է տեղի ունենալ միայն իրական ֆիզիկական փորձի ժամանակ:

Փորձը փորձ է, քանի որ դա ոչ թե մտքի ճշգրտում է, այլ մտքի փորձություն: Մի միտք, որը ինքնահաստատված է, չի կարող ինքն իրեն ստուգել: Դա ապացուցել է Կուրտ Գյոդելը։