Файл: Кононенко, В. К. Полупроводниковые лазеры и их применение в науке и технике.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.11.2024

Просмотров: 20

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

кое применение в военной технике, особенно для навод­ ки и прицеливания в пределах прямой видимости. В США разработана система прямого огня, позволяющая обхо­ диться во время учебных маневров без боевых снарядов. Лазерный GaAs передатчик, работающий в импульсном режиме при комнатной температуре, устанавливается на орудии и начинает действовать, когда срабатывает хо­ лостой заряд. Вариант, разработанный для 105-милли­ метровых орудий, устанавливаемых на танках, имеет дальность действия 3 км. Другой вариант системы, пред­ назначенный для ручного оружия, в частности для вин­

товок М-14 и М-16, действует на расстоянии 0,5

км.

Для идентификации каждое оружие имеет свой код.

 

На основе ПКГ разработаны также

оптические си­

стемы связи для секретной передачи

информации,

на­

пример между кораблями во время заправки горючим. Инжекционные лазеры могут использоваться в бомбовых взрывателях, системах наведения ракет, приборах ноч­ ного видения.

ПКГ можно применять в сигнальных устройствах, предназначенных для охраны различных объектов и для обеспечения безопасности движения транспорта. В печа­ ти сообщалось о разработке лазерной системы своевре­ менного предупреждения машиниста движущегося по­ езда о наличии на железнодорожном полотне препятст­ вия размером до 15 смг.

Весьма заманчива перспектива использования ПКГ для создания оптоэлектронных вычислительных машин. Замена электрических сигналов световыми позволит увеличить скорость работы вычислительных машин до миллиарда операций в секунду, что на три порядка пре­ вышает скорость работы существующих ЭВМ. В принци­ пе на основе полупроводниковых лазеров могут быть получены все основные части вычислительных машин: устройства для записи и считывания информации, логи­ ческие элементы, ячейки памяти. Использование воло­

50

конной оптики для передачи световых сигналов разре­ шает проблему паразитных наводок.

Наиболее простым оптоэлектронным устройством является оптрон, состоящий из излучающего диода и фотоприемника. Оптрон с оптической связью усиливает электрические сигналы. Поданный на вход устройства электрический импульс приводит к испусканию диодом светового сигнала, который уменьшает сопротивление фотоприемника. При этом коэффициент усиления по мощности может достигать нескольких десятков тысяч. Оптрон с электрической связью служит для усиления световых сигналов. Входной оптический сигнал подает­ ся на фотоприемник, уменьшая его сопротивление. Ток через диод увеличивается, и выдается оптический сигнал большей интенсивности.

В оптоэлектронике может использоваться эффект гашения лазерного излучения интенсивным светом друго­ го источника. На этом эффекте работает так называемый инвертор. Он представляет собой лазерный диод, дей­ ствующий в одном направлении как лазер, а в другом, перпендикулярном ему,— как усилитель света. Входной оптический сигнал усиливается и, проходя через генери­ рующую часть диода, срывает генерацию, что приводит к отсутствию сигнала на выходе. Таким образом, это устройство действует как элементарный логический эле­ мент типа НЕ—ИЛИ. На базе полупроводниковых ла­ зеров уже создан целый ряд быстродействующих логи­ ческих элементов. Время срабатывания таких систем со­

ставляет

10-9—10-10 сек и может быть доведено до

10-11 сек.

Однако в настоящее время для их использова­

ния требуется решить целый комплекс сложных инже­ нерно-технических задач.

Использование мультивибратора на инжекционных лазерах с неоднородным возбуждением позволяет изме­ рять инерционность фотоприемников с точностью до 10~10 сек. Импульсные полупроводниковые источники

4*

51


света незаменимы при наладке сложной измерительной аппаратуры в ядерной физике. Компактные ПКГ с элект­ ронным возбуждением и мощные инжекционные лазер­ ные решетки могут найти применение в качестве источ­ ников подсветки, например в скоростной фотографии.

В настоящее время широкое распространение получа­ ют голографические методы записи и считывания инфор­ мации. Полупроводниковые лазеры успешно применяют­ ся для восстановления голографических изображений. Используя излучение ннжекционного лазера на арсениде галлия, удается восстановить с микроголограммы изоб­ ражение страницы текста с информационной плотностью 104 букв/мм2. Весьма перспективным представляется применение излучающих матриц лазерных диодов для создания компактных голографических запоминающих устройств с объемом памяти до 108 двоичных знаков ин­ формации.

Лазерные диоды предлагается использовать для за­ пуска и управления работой полупроводниковых венти­ лей, что открывает новые перспективы в электротехнике и энергетике. Применение лазеров с электронным воз­ буждением типа «излучающее зеркало» позволит пре­ одолеть трудности в создании проекционного телевиде­

ния. В Физическом институте

имени

П. Н. Лебедева

АН СССР проведены первые

успешные

эксперименты,

подтвердившие возможность создания

цветных проек­

ционных телевизоров с заменой обычного кинескопа ла­ зерным.

Полупроводниковая квантовая

электроника — срав­

нительно молодая область науки.

Все

возможности

полупроводниковых лазеров еще далеко

не исчерпаны.

Несомненно, что в ближайшее время мы станем свидете­ лями новых успехов в. области применения полупровод­ никовых квантовых генераторов.

ЛИТЕРАТУРА

Н.

Г. Б а с о в . Полупроводниковые лазеры. В кн.:

Наука в чело­

вечество. М., 1965.

Полупооводнпки и излучения.

М., «Знание»,

В.

С.

В а в и л о в .

1965.

Ф.

,

Оптические квантовые генераторы.

М,— Л.,

Б.

Ф е д о р о в .

«Энергия»,

1966.

 

света

и нели­

Ю.

Л.

К л и м о н т о в и ч. Квантовые генераторы

нейная оптика. М., «Просвещение», 1966, В. Н. Ч е р н ы ш е в . А. Г. Ш е р е м е т ь е в , В. В. К о б з е в . Л а­

зеры в системах связи. М., «Связь», 1966.

Октябрь и научный

Б.

М.

В у л. Физика полупроводников. В кн.:

прогресс, т. 1. М., «Знание», 1967.

 

 

B.

П.

Г р и б к о в с к и й,

Ю. И. Ч е к а л и н с к а я. Удивитель­

ный мир лазеров. Минск, «Наука и техника», 1968.

 

C.

Э.

Фр и ш . Современная оптика. М., «Знание», 1968.

В.

К.

Б а з а р о в .

Полупроводниковые лазеры и их применение.

М., «Энергия», 1969.

 

О.

А.

П о ж и д а е в .

Локаторы на лазе­

В.

И.

П е т р о в с к и й .

рах. М., Воениздат, 1969.

В.

А.

С о л д а т е н к о в. Микроэлектрони­

Ю.

А.

С в и с т у н о в ,

ка. М., «Знание», 1970.

 

 

 

 

 

М. И.

К а т а н о в. «Квазичастица». Что это такое? М., «Знание»,

1971.

А.

Ч а п н и и. Физика

полупроводников и ее применение. М.,

В.

«Знание»,

1971.

Гетеропереходы в полупроводниковой элек­

Ж.

И.

А л ф е р о в .

тронике близкого будущего. В кн.: Физика сегодня и завтра. Прог­ нозы науки. Л., «Наука», 1973.

В. Ф.

Ф е д о р о в . Лазеры и их применение. М., Изд-во

ДОСААФ,

1973.


С О Д Е Р Ж А Н И Е

Предисловие

3

Типы полупроводниковых лазеров и их устройство

5

Уровни энергии и электронные переходы в полупровод­

5

никах

Инжекционные лазеры

9

Использование гетеропереходов

16

ПКГ с электронным возбуждением

18

Оптическая накачка полупроводников

21

ПКГ с лавинным пробоем

22

Применение полупроводниковых лазеров в науке и тех­

27

нике

Наземная и космическая связь

27

Дальномеры и локаторы

33

Лазерная спектроскопия

39

ПКГ как источники оптической накачки

46

Другие области применения

49

Литература

53

Кононенко В. К.

К 64 Полупроводниковые лазеры и их примене­ ние в науке и технике. Под ред. докт. физ.-мат. наук В. П. Грибковского. Мн., «Наука и тех­ ника», 1975.

56 с. с ил,

В брошюре

в

научно-популярной

форме рассказы вается

о

принципе действия

полупроводниковых

квантовых генераторов,

их устройстве

и характеристиках, а

такж е

излагаю тся вопросы

применения полупроводниковых лазеров

в

спектроскопии, в

к а ­

честве источников света, приводятся данные о некоторых

устройствах для оптической связи,

локации и

вычислительной

техники. М атериал иллю стрирован,

приведены

таблицы полу­

проводниковых кристаллов, используемых для инжекционных лазеров, лазеров с электронным возбуждением , оптической на­ качкой и лавинным пробоем.— Список лит.: 15 назв.

к

20405—006 100—75

535

М316—75

 


Валерий Константинович Кононенко

ПО ЛУП РО ВО ДН И КО ВЫ Е ЛА ЗЕРЫ

ИИХ П РИ М ЕН ЕН И Е В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ

Редактор С. М . М ихасева О блож ка В . И . К рупского

Художественный редактор В. В. Савченко Технический редактор Т. В. Летьен

Корректор А. М. Л огинович

Печатается по постановлению РИ СО АН БССР. АТ 03004.

Сдано

в набор 25.Х-74 г.

П одписано

в печать 9.Б75 г.

Ф ормат

70ХЮ8!/л*-

Бум ага

тип.

№ 1.

Печ. л. 1,75. Уел.

печ. л.

2,45. Уч.-изд. л. 2,2.

И зд.

зак.

123. Тип. зак . 1231.

 

Тираж

6800 экз. Ц ена 14 коп.

И здательство «Н аука и техника». Минск, Ленинский про­ спект, 68. Типография имени Ф ранциска (Георгия) Скорины издательства «Н аука и техника» АН БССР и Гос­ комитета СМ БССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Минск, Ленинский проспект, 68.