Typowa długoć fali wykorzystywana z emisji wiatła lasera CO2 to zakres redniej podczerwieni 10,6 mm. Przy pracy cišgłej laser uzyskuje moc 100 W, za w krótkim impulsie jego szczytowa moc jest ogromna i sięga rzędu TW (terawatów).
Innym przykładem lasera gazowego molekularnego jest układ z tlenkiem węgla CO, emitujšcy falę podczerwonš 5 mm, charakteryzujšcy się bardzo wysokš wydajnociš. Kolejnym jest laser impulsowy na azocie N2, dajšcy w impulsie falę 337 nm o mocy kilku MW. Lasery molekularne mogš pracować zarówno w sposób cišgły, jak i impulsowo.
Osobnš grupę laserów gazowych molekularnych stanowiš tzw. lasery ekscymerowe, których działanie jest jednak bardziej złożone i nie będziemy się nimi zajmować, lecz wymienimy, że przykładowymi przedstawicielami sš lasery ArF i XeCl, emitujšce wiatło ultrafioletowe.
Lasery półprzewodnikowe sš obecnie gwałtownie rozwijane i najszerzej wykorzystywane w przemyle, w tym w poligrafii. Ich główne zalety to wysoka wydajnoć kwantowa, zwarta konstrukcja, szeroki zakres emitowanego promieniowania 300 nm Đ 30 ľm, niska cena, łatwoć połšczeń z innymi układami elektronicznymi. Moce uzyskiwane z laserów półprzewodnikowych osišgajš kilka watów przy pracy cišgłej.
Pierwszš konstrukcję stanowił laser na arsenku galu GaAs. Tak jak istnieje ogromna liczba półprzewodników, tak też istnieje wielka liczba laserów półprzewodnikowych. W laserze półprzewodnikowym jest zachowana istota jego działania (tj. orodek aktywny, układ pompujšcy i rezonator), jednak sam proces generacji laserowej jest odmienny w porównaniu z wczeniej omówionymi. Aby móc go zrozumieć, należy wczeniej mieć elementarne wiadomoci o półprzewodnikach.
Półprzewodnik jest to substancja (np. krystaliczna) majšca dwa pasma przewodnictwa (n) i walencyjne (p, podstawowe) rozdzielone przerwš energetycznš Eg (rys. 5). Jeli do kryształu przyłożymy pole elektryczne, to w półprzewodniku będzie płynšł pršd samoistny.
Dlaczego tak się dzieje? W zwykłych warunkach (temperatura pokojowa) elektrony przechodzš samoistnie z pasma walencyjnego do pustego pasma przewodnictwa, gdzie majš możliwoć przewodzić pršd elektryczny (pršd elektronowy), pozostawiajšc puste miejsca w pamie walencyjnym (dziury), które także mogš przewodzić pršd (pršd dziurowy). Proces ten jest jednak odwracalny i elektrony mogš samoistnie wrócić do pasma walencyjnego oddajšc swš energię w postaci kwantów energetycznych.
Półprzewodnik można domieszkować, tzn. dodawać do niego substancje, które zmieniajš układ jego poziomów energetycznych. Jeżeli dodamy do półprzewodnika domieszkę z pierwiastka majšcego mało własnych elektronów walencyjnych (domieszka akceptorowa, np. cynk), to pierwiastek ten wychwyci elektrony z pasma walencyjnego półprzewodnika, co utworzy w pobliżu tego pasma dodatkowy poziom energetyczny (rys. 7), a my uzyskamy półprzewodnik typu p.
Jeżeli dodamy do półprzewodnika domieszkę z pierwiastka majšcego nadmiar własnych elektronów walencyjnych (domieszka donorowa, np. tellur), to elektrony te umieszczš się w pamie przewodnictwa półprzewodnika, co utworzy w pobliżu tego pasma dodatkowy poziom energetyczny (rys. 6), a my uzyskamy półprzewodnik typu n.
Jeżeli teraz z jednej strony prostopadłocianu utworzonego z półprzewodnika samoistnego dodamy domieszkę donorowš, a z drugiej strony akceptorowš, to otrzymamy złšcze p-n (rys. 8), rozdzielajšce obszar półprzewodnika typu p od obszaru półprzewodnika typu n, czyli po prostu diodę półprzewodnikowš.
Okazuje się, że w sytuacji, gdy stykajš się takie dwa obszary, następuje przenikanie (dyfuzja) elektronów z obszaru n do p i dziur z obszaru p do n. Powoduje to zagięcie pasm energetycznych i powstaje bariera potencjału (rys. 9), która uniemożliwia dalsze przechodzenie elektronów i dziur przez złšcze p-n.
Jeżeli teraz przyłożymy pole elektryczne w kierunku przewodzenia (tzn. od p do n), to może nastšpić ăprzecišgnięcieÓ elektronów z obszaru n do obszaru p, za dziur z obszaru p do n. Na ogół przeważa jeden z tych mechanizmów. Mówi się wtedy, że wystšpiło wstrzyknięcie noników (rys. 10).
Z chwilš, gdy noniki (elektrony i dziury) znajdš się nad sobš, rozdzielone przerwš energetycznš Eg, może nastšpić przejcie elektronów do pasma walencyjnego z wydzieleniem kwantu hn (rys. 11) o energii równej wartoci przerwy Eg. W ten sposób mamy do czynienia ze zjawiskiem elektroluminescencji otrzymujšc diodę elektroluminescencyjnš LED. Nie jest to jeszcze emisja wiatła laserowego, gdyż nie nastšpiło wzmocnienie wiatła, ale stanowi poważny do tego przyczynek.
Większoć wygenerowanych kwantów hn porusza się w zupełnie przypadkowych kierunkach i szybko opuszcza czynny obszar złšcza. Sš jednak i takie, które poruszajš się dokładnie w płaszczynie złšcza, zatem mogš zderzać się z elektronami wzbudzonymi tš samš energiš Eg = hn. Jak już wiemy (z poprzednich częci artykułu), powoduje to wymuszone przejcie do stanu podstawowego, czyli wzmocnienie.
Jak nałożyć lustra odbijajšce, aby otrzymać rezonator optyczny? Otóż należy ukształtować możliwie płaskie złšcze diody. Z obu stron tego złšcza należy dać prostopadłe do płaszczyzny złšcza i równoległe do siebie lustra odbijajšce, z których jedno będzie częciowo przepuszczajšce. Boczne powierzchnie złšcza należy zmatowić i spowodować, by nie były równoległe do siebie. Zapobiega to wzbudzaniu się akcji laserowej w kierunku poprzecznym.
Lustra tworzy się przez rozłupanie kryształu równolegle do preferowanej płaszczyzny zwierciadła. Otrzymuje się wtedy idealnie równoległe powierzchnie lustrzane, z których jednš pokrywa się dielektrykiem, aby odbicie wiatła było pełne. Druga cianka (niczym nie pokryta) stanowi lustro częciowo przepuszczalne. Pozostałe dwie poprzeczne powierzchnie boczne szlifuje się pod kštem i matowi, otrzymujšc diodę półprzewodnikowš (rys. 12).
Powyższe wyjanienie zasad formowania wiatła w diodzie półprzewodnikowej stanowi w zasadzie dopiero podstawę do budowania nowoczesnych laserów półprzewodnikowych, które oparte sš na tzw. heterozłšczach, czyli laserów wielozłšczowych.
Sš to jednak głębsze rozważania natury fizyczno-technicznej i nie będzie to nas obecnie interesować.
Gdyby zainteresowanie Czytelników laserami było większe, sšdzę, że w odpowiednim czasie możemy pogłębić dotychczasowe rozważania.
