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Lexikon der Optik: Halbleiterlaser

Halbleiterlaser, kleinster Lasertyp (Länge

0,5 mm) mit Halbleitern als aktivem Medium. Als Halbleitermaterialien finden Verbindungen vom Typ AIIIBV (GaAs, GaInP, GaAlAs, GaAlSb u.a.) und AIVBVI (PbS, PbSSe, PbTe, Pb, Se u.a.) Verwendung. (Die Indizes III, IV, V und VI kennzeichnen die Hauptgruppe im periodischen System der Elemente.) Die Strahlung entsteht als Folge der Rekombination von Elektronen (im Leitungsband der Halbleiter) mit Löchern (im Valenzband). Die verschiedenen Typen von H. unterscheiden sich in der Art der Erzeugung der Elektron-Loch-Paare und damit der Anregung der Rekombinationsübergänge. Der gebräuchlichste H. ist der Injektionslaser. Bei ihm wird durch zusätzliche Dotierung des Halbleitermaterials mit Donatoren und Akzeptoren ein pn-Übergang gebildet, in dem bei Stromdurchgang die Rekombination und damit die Erzeugung von Strahlung erfolgt (Lumineszenzdiode). Als weitere Pumpverfahren zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren werden die Anregung mittels Elektronenstrahlen, durch elektrische Impulse mit hoher Feldstärke (über Stoß- oder Tunnelionisation) und durch optisches Pumpen verwendet.

Die Strahlungsleistung eines H. ist als Folge des kleinen Volumens der aktiven Schicht (0,5×0,2×0,1 mm3) relativ gering, sie erreicht 1 W im kontinuierlichen und

200 W im Impulsbetrieb bei Impulsdauern um 1 μs und Folgefrequenzen bis zu einigen kHz. Der Wirkungsgrad ist im allgemeinen höher als bei allen anderen Lasertypen; er liegt zwischen 10 und 90%. Aufgrund der kleinen Querausdehnung des strahlenden Bereichs (10-2 bis 10-3 mm) ergeben sich große Beugungsverluste und ein großer Divergenzwinkel der Strahlung (bis zu 50°).

Mit H. ist bei Verwendung der verschiedenen Halbleitermaterialien der Spektralbereich zwischen 0,5 und 32 μm zu erfassen mit der Möglichkeit einer Wellenlängenabstimmung durch Temperatur- oder Druckänderung. Anwendung findet der H. insbesondere in der optischen Nachrichenübertragung, der integrierten Optik, der Meßtechnik und Sensorik, der Bildverarbeitung wie auch als Pumplaser.

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