Типы лазеров

Лазеры в фотонаборных автоматах служат источниками све­та, обеспечивающими возможность получения высококачественных изображений. Предпосылки к этому:

- высокая моно­хроматичность и когерентность лазерного излучения,

- малая расходимость лазерного пучка, большая интенсивность свето­вой энергии в пучке.

Эти особенности лазеров позволяют сфо­кусировать световой пучок в пятно очень малых размеров с вы­сокой плотностью энергии. При отсутствии диафрагмирования распределение интенсив­ности в пятне хорошо аппроксимируется кривой Гаусса. Высокая интенсивность светового пятна позволяет записы­вать на фотоматериалах сравнительно низкой чувствительнос­ти, но обладающих хорошим разрешением.

В фотонаборных машинах широко используются маломощные газовые лазеры: гелий-кадмиевые, гелий-неоновые и аргоновые.

Основными элементами газового лазера являются: оптичес­кий резонатор, состоящий из полностью отражающего зеркала I и частично пропускающего (около 50%) выходного зеркала 2, активная среда 3 и устройство накачки 4 (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Принципиальная схема газового лазера.

При подаче излучения определенной частоты устройством накачки 4 в активной среде 3 возникает избыток возбужденных атомов. Спонтанные фотоны, возникающие внутри активной среды, взаимодействуют с возбужденными атомами и в конечном счете инициируют мощную лавину вынужденно испущен­ных фотонов, которая и образует лазерный луч. В результате отражения от двух параллельных зеркал оптического резонато­ра увеличивается плотность вынужденного излучения и форми­руется его направление. Лазерный луч выходит в виде парал­лельного пучка света из резонатора через выходное зеркало 2, частично пропускающее световое излучение.

В последнее время в фотонаборных автоматах используются в качестве источника света полупроводниковые инжекционные лазеры, которые имеют по сравнению с газовыми лазерами больший срок службы и существенно меньшие габаритные размеры.

Инжекционный лазер представляет собой полупроводнико­вый двухэлектродный прибор с переходом (поэтому часто как равноправный используется термин лазерный диод), в котором генерация когерентного излучения связана с инжекцией носи­телей заряда при протекании прямого тока через переход.

Рис. 10.3. Структура инжекционного лазера на GaAs: 1 - металлический контакт; 2 - активный слой; 3 - подложка; 4 - поверхность скола; 5 - зона излучения; 6 - лазерный луч.

В устройстве и принципе действия инжекционного лазера отчетливо проявляются все те определяющие моменты, которые характерны для любого лазера. Прежде всего необходима актив­ная среда, способная обеспечить эффективное протекание вы­нужденного излучения (рис. 2.35). Второе условие лазерной ге­нерации состоит в использовании механизма возбуждения ак­тивной среды (накачки), создающего инверсию населенностей энергетических уровней полупроводника. В данном случае это инжекция носителей заряда р-п-переходом.

Инжекционные лазеры имеют ряд достоинств:

- Микроминиатюрность: теоретическая минимальная длина резонатора близка к 10 мкм, а площадь его поперечного сечения - к 1 мкм2(объем активной области может достигать 10-12 см3).

- Высокий кпд преобразования энергии накачки в излучение, приближающийся у лучших образцов к теоретическому пределу. Это обусловлено тем, что лишь при инжекционной накачке уда­ется исключить нежелательные потери - вся энергия электри­ческого тока переходит в энергию возбужденных электронов.

- Удобство управления: низкие напряжения и токи возбуж­дения, совместимые с интегральными микросхемами; возмож­ность изменения мощности излучения без применения внешних модуляторов; работа как в непрерывном, так и в импульсном режимах с обеспечением при этом очень высокой скорости пе­реключения (в пикосекундном диапазоне).

Инжекционным лазерам присущи и определенные недостат­ки, к принципиальным можно отнести следующие: невысокая когерентность излучения (в сравнении, например, с газовыми лазерами) - значительная ширина спектральной линии, боль­шая угловая расходимость, эллиптический астигматизм, резкое уменьшение мощности излучения при повышении температуры.

Для устранения астигматизма эллиптический гауссов пучок света с помощью скрещенных цилиндрических линз (рис. 10.4) преобразуют в пучок круглого сечения.

Рис. 10.4. Преобразование эллиптического гауссова светового пучка в круговой скрещенными цилиндрическими линзами.