[LT] Pasiūlymas yra iš puslaidininkinės elektronikos srities, o būtent puslaidininkinių lazerių, turinčių p–n sandūras, ir gali būti vartojamas elektrooptinėse ryšio sistemose, greitaveikėse impulsinės elektronikos schemose, elektroninėse automatikos sistemose, funkcinės elektronikos sistemose, ir t. t. Pasiūlytame puslaidininkiniame lazeryje yra panaudotas atskiras nepriklausomas skirtingų krūvininkų – skylių p ir elektronų n injekcijos į savitojo – i– laidumo puslaidininkinę aktyviąją i– sritį metodas, o skylių p ir elektronų n injekcijos šaltiniai yra p+–n–p ir n+–p–n dvipoliai tranzistoriniai dariniai, sumontuoti betarpiškai i– srityje. Kitame variante vietoje tranzistorinių darinių yra padaryti anodo A ir katodo Kt kontaktai. Aktyvioji i– sritis yra varizoninis puslaidininkis. Palyginus su analogu, pasiūlytas puslaidininkinis lazeris ir įtaisai su juo pasižymi didesne veikimo sparta, didesnėmis funkcinėmis savybėmis ir didesnėmis energetinėmis charakteristikomis.
[EN] The proposal is in the field of semiconductor electronics, namely, semiconductor lasers with p-n junctions, and can be used in electro-optical communication systems, and can be used speed pulsed electronic schemes, electronic automation systems, functional electronics systems, and so on. The proposed semiconductor laser is used to separate different independent charge carriers – electrons n and holes p injection in the specific conductivity i– semiconductor optical generate – active i– region, where electrons n and holes p injection sources are p+–n–p and n+–p–n bipolar transistors mounted directly in the field of active i– region. Compared with the analogue, semiconductor laser and proposed the devices with him, has increased the speed of the higher functionality, and higher energetic performance.
[0001] Pasiūlymas yra iš puslaidininkinės elektronikos srities, o būtent puslaidininkinių lazerių, turinčių p–n sandūras, ir gali būti vartojamas elektrooptinėse ryšio sistemose, greitaveikėse impulsinės elektronikos schemose, elektroninėse automatikos sistemose, funkcinės elektronikos sistemose, ir t. t.
[0002] Analogas yra puslaidininkinis lazeris, sudarytas iš dviejų skirtingo laidumo sluoksnių – p– skylinio ir n– elektroninio, sudarančių p–n sandūrą, n– ir p– sluoksnių paviršiuose yra sumontuoti ominiai kontaktai – atitinkamai katodo (K) ir anodo (A), o p–n sandūros darinys yra padarytas Fabri-Pero optinio rezonatoriaus pavidalu (Зи С. Φизика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах / Пер. с англ. – 2-е перераб. и доп. изд. - М.: Мир, 1984. - 456 + 456 с., ил.; Antroji knyga – 26 pav., 301 p.).
[0003] Analogo trūkumas yra tai, kad optinės generacijos aktyvioji sritis negali būti laisvai parenkamų geometrinių ir elektrinių parametrų, todėl įtaiso funkcinės savybės yra ribotos, o taip pat elektrooptiniai parametrai nėra optimalūs. Dar kitas analogo trukumas yra tik vieno bangos ilgio generuojamas optinis signalas.
[0004] Analogo trūkumams pašalinti puslaidininkiniame lazeryje, sudarytame iš dviejų skirtingo laidumo sluoksnių –skylinio (p–) ir elektroninio (n–), sudarančių p–n sandūrą, kurioje yra optinės generacijos aktyvioji sritis, n– ir p– sluoksnių paviršiuose sumontuoti ominiai kontaktai, atitinkamai katodo (Kt) ir anodo (A), o p–n sandūros darinys padarytas Fabri-Pero optinio rezonatoriaus pavidalu, kitaip padaryta įtaiso konstrukcija, kurioje optinės generacijos aktyvioji sritis padaryta iš savitojo laidumo – i– tipo varizoninio puslaidininkio, kuriame draustinių energijų juostos plotis ΔEg kinta Fabri-Pero optinio rezonatoriaus veidrodžių kryptimi ir ši aktyvioji i– sritis patalpinta tarp dviejų lygiagrečių veidrodžių, sudarančių Fabri-Pero optinį rezonatorių, kuriame aktyviosios i– srities vienas iš paviršių, esančių lygiagrečiai tarp veidrodžių, turi bendrą ominį kontaktą Ko, priešinguose aktyviosios i– srities pusėse, nesančiuose tarp veidrodžių, suformuoti atitinkami tranzistoriniai n–p–n ir p–n–p dariniai, turintys po vieną atitinkamą emiterio E(n, p) ir bazės B(p, n) ominius kontaktus, n–p–n ir p–n–p darinių atitinkamos kolektorinės n– ir p– sritys suformuotos ant aktyviosios i– srities atitinkamų priešpriešiais esančių paviršių, aktyviosios i– srities priešpriešiais esančiuose dvejuose likusiuose laisvų paviršių priešpriešiniuose kraštuose suformuotos po dvi poras lygiagrečių juostinių ominių kontaktų su atitinkamomis išvadų poromis, o ominių kontaktų lygiagrečios juostelės yra orientuotos statmenai paviršiams su veidrodžiais.
[0005] Kitame puslaidininkinio lazerio variante kitaip padaryta įtaiso konstrukcija, o būtent, optinės generacijos aktyvioji i– sritis patalpinta tarp p– ir n– sluoksnių, kuriuose yra suformuotos planarinės mezakonstrukcijos atitinkami tranzistoriniai p+–n–p ir n+–p–n dariniai, kuriuose p+– ir n+– sritys – atitinkamai emiteriai Ep ir En suformuoti atitinkamų p– ir n– sluoksnių paviršiuose, i– srityje priešais tranzistorinius p+–n–p ir n+–p–n darinius suformuotos atitinkamos kolektorinės paslėptos p+– ir n+– sritys, aplink kurias suformuoti atitinkami n+– ir p+– žiedai, atstumas d1 tarp paslėptų n+– ir p+– sričių padarytas mažesnis už krūvininkų mažiausią difuzijos ilgį Ld min i– srityje, Ld min > d1, ir kartu didesnis už (0,5·Ld min) < d1, atstumas d2 tarp n+– ir p+– žiedų padarytas didesnis už n+–i ir p+–i sandūrų nuskurdintų sričių suminį didžiausią storį dmax+ i– srityje, dmax+ < d2, čia n+–i ir p+–i sandūros yra tarp i– srities ir atitinkamai n+– ir p+– žiedų, atstumas d3 tarp p+–n–p darinio n– bazės Bn sluoksnio ir paslėptos p+– srities ir kartu atstumas d3 tarp n+–p–n darinio p– bazės Bp sluoksnio ir paslėptos n+– srities padaryti mažesni už kolektorinių p–n sandūrų nuskurdintų sričių neutralų storį dpn 0 > d3 atitinkamuose kolektorių p– ir n– srityse, paslėptų p+– ir n+– sričių plotai Sp; n padaryti didesni už atitinkamų p+– ir n+– emiterių E(p; n) atitinkamus plotus S(Ep; En) < S(p, n).
[0006] Dar kitame puslaidininkinio lazerio supaprastintame konstrukcijos variante kitaip padaryta įtaiso konstrukcija, o būtent, vietoje tranzistorinių p+–n–p ir n+–p–n darinių betarpiškai ant paslėptų p+– ir n+– sričių suformuoti atitinkami anodo A ir katodo Kt ominiai kontaktai – metalo sluoksniai su anodo A ir katodo Kt išvadais.
[0007] Analogo trūkumams pašalinti puslaidininkinio lazerio jungimo grandinėje, sudaryta iš puslaidininkinio įtaiso ir pastoviosios įtampos maitinimo-valdymo šaltinio, kitaip padaryta valdymo grandinė, kurioje puslaidininkinis įtaisas turi du skirtingo tipo tranzistorinius n–p–n ir p–n–p darinius su atitinkamais emiterių E(n; p) ir bazių B(p; n) išvadais. Bazių išvadai B(p; n) ir aktyviosios i– srities vienas iš paviršių su bendru ominiu kontaktu Ko sujungti su "žeme" – nulinio potencialo šyna, vienas iš emiterių E(n; p), pavyzdžiui, Ep sujungtas su pirmojo valdymo įtampos šaltinio Uin 1 pirmuoju poliumi, o kitas emiteris En – su papildomo – antrojo valdymo įtampos šaltinio Uin 2 pirmuoju poliumi ir šių šaltinių atrieji poliai sujungti su "žeme", dvi poros lygiagrečių juostinių ominių kontaktų sujungtos su atitinkamais dviem pastoviosios įtampos maitinimo šaltiniais – pirmuoju Ε1 ir antruoju Ε2.
[0008] Dar kitame puslaidininkinio lazerio supaprastintame konstrukcijos variante kitaip padaryta valdymo grandinė, kurioje anodo A ir katodo Kt išvadai sujungti su pirmojo pastoviosios įtampos maitinimo-valdymo šaltinio UAK atitinkamais poliais – teigiamo "+" ir neigiamo "+" poliškumais.
[0009] Dvigubos injekcijos keičiamo bangos ilgio puslaidininkinio lazerio (DIKBIPL) konstrukcijos bendrasis vaizdas ir jungimo grandinės principinė schema yra parodyti Fig. 1, a, o puslaidininkinio įtaiso schemotechninis žymuo – Fig. 1, b. Puslaidininkinio įtaiso konstrukcijos varianto su mezaplanariniais n–p–n ir p–n–p tranzistoriais pjūvis ir grandinės principinė jungimo schema yra parodytas Fig. 2. Puslaidininkinio įtaiso optinės generacijos aktyviojoje i– srityje sudaryto elektrinio lauko stiprio E linijų konfigūracija, esant įvairioms pastoviosios įtampos maitinimo šaltinių Ε1 ir Ε2 vertėms yra parodytos Fig. 3, čia: a – kai Ε1 < Ε2, ir b – kai Ε1 > Ε2, ten taip pat yra pateiktos draustinių energijų juostos pločio ΔEg kitimo diagramos optinės generacijos aktyviojoje i– srityje. Fig.4, a yra parodytas paprastesnės – diodinės konstrukcijos puslaidininkinio įtaiso variantas, o Fig.4, b – draustinių energijų juostos pločio ΔEg kitimo diagrama optinės generacijos aktyviojoje i– srityje. Fig. 1–Fig. 4 skaičiais pažymėta: 1 – savitojo laidumo – i– tipo puslaidininkinė optinės generacijos aktyvioji sritis; 2–4 – p–n–p tranzistorinio darinio atitinkamai p– kolektorius Kp, n– bazė Bn ir p– emiteris Ep; 5–7 – n–p–n tranzistorinio darinio atitinkamai n– kolektorius Kn, p– bazė Bp ir n– emiteris En; 8 ir 9 – tranzistorinių darinių p–n–p ir n–p–n atitinkamos kolektorinės paslėptos p+– ir n+– sritys; 10 ir 11 – atitinkami n+– ir p+– žiedai, suformuoti aplink atitinkamas paslėptas p+– (8) ir n+– (9) sritis; 12 ir 13 – Fabri-Pero optinio rezonatoriaus veidrodžiai, atitinkamai dalinio atspindžio ir visiško atspindžio; 14 – bendras ominis kontaktas Ko, sujungtas su visiško atspindžio veidrodžiu 13 ir kartu su "žeme" – nulinio potencialo šyna 14; 15–16 ir 17–18 – atitinkamai dvi poros lygiagrečių juostinių ominių kontaktų; 19 ir 20 – atitinkamai pirmasis ir antrasis valdymo įtampos šaltiniai Uin (1; 2); 21 ir 22 – atitinkamai pirmasis ir antrasis pastoviųjų įtampų Ε(1; 2) maitinimo šaltiniai; 23 ir 24 – atitinkamai anodo A ir katodo Kt ominiai kontaktai – išvadai. Fig. 5 yra parodytos puslaidininkinio įtaiso (Fig. 1, a ir Fig. 2) veikos laiko t diagramos, kai poveikiai yra harmoniniai signalai. Fig. 6 yra parodyta spinduliuojamų optinių impulsų Φ (t) srauto intensyvumo Φo priklausomybė nuo poveikio harmoninių signalų u in (1; 2) (t) fazių φ in (1; 2) skirtumo Δφ = φ in 1 – φ in 2, kai šių poveikių signalų u in (1; 2) (t) dažniai ω in 1 = ω in 2. Fig. 7 yra parodytos puslaidininkinio įtaiso (Fig. 1, a ir Fig. 2) veikos laiko t diagramos, kai poveikių harmoninių signalų u in (1; 2) (t) dažniai ω in (1; 2) skiriasi du kartus – ω in 2 = 2·ω in 1.
[0010] DIKBIPL (Fig. 1, a) yra sudarytas iš optinės generacijos aktyviosios srities 1, kuri yra padaryta iš savitojo laidumo – i– tipo puslaidininkio ir ši aktyvioji i– sritis 1 yra patalpinta tarp dviejų lygiagrečių veidrodžių 12 ir 13, sudarančių Fabri-Pero optinį rezonatorių, kurio, pavyzdžiui, veidrodis 12 yra dalinai atspindintis, o veidrodis 13 yra visiškai atspindintis, pavyzdžiui, padarytas iš užgarinto aliuminio (Al) sluoksnio su bendruoju ominiu kontaktu Ko (14). Priešingose aktyviosios i– srities 1 pusėse, nesančiose tarp veidrodžių 12 ir 13, yra suformuoti atitinkami tranzistoriniai p–n–p (2–4) ir n–p–n (5–7) dariniai – mezastruktūros, turintys po vieną atitinkamą emiterio Ep – (4) ir En – (7) bei bazės Bn – (3) ir Bp – (6) ominius kontaktus, o atitinkamos kolektorinės p– (2) ir n– (5) sritys yra suformuotos ant aktyviosios i– srities 1 atitinkamų priešpriešiais esančių paviršių, neturinčių veidrodžių. Aktyviosios i– srities 1 priešpriešiais esančiuose dvejuose likusių laisvų paviršių priešpriešiniuose kraštuose yra suformuotos po dvi poros lygiagrečių juostinių ominių kontaktų, atitinkamai 15-16 ir 17-18, orientuotų statmenai paviršiams su veidrodžiais 12 ir 13.
[0011] Kitame DIKBIPL variante (Fig. 2) optinės generacijos aktyvioji i– sritis 1 yra patalpinta tarp p– (2) ir n– (5) sluoksnių ir šiuose p– (2) ir n– (5) sluoksniuose yra suformuoti planariniai mezakonstrukcijos atitinkami tranzistoriniai p–n–p+ (2–4) ir n–p–n+ (5–7) dariniai, kuriuose p+– (4) ir n+– (7) sritys – emiteriai, atitinkamai Ep – (4) ir En – (7), yra suformuoti atitinkamų p– (2) ir n– (5) sluoksnių paviršiuose, o i– srityje 1 priešais tranzistorinius p–n–p+ (2–4) ir n–p–n+ (5–7) darinius yra suformuotos atitinkamos kolektorinės paslėptos p+– (8) ir n+– (9) sritys, aplink kurias yra suformuoti atitinkami n+– (11) ir p+– (10) žiedai. Atstumas d1 tarp paslėptų p+– (8) ir n+– (9) kolektorinių sričių yra padarytas mažesnis už krūvininkų mažiausią difuzijos ilgį Ld min > d1 i– srityje 1 ir kartu didesnis už (0,5·Ld min) < d1, o atstumas d2 tarp n+– (11) ir p+– (10) žiedų yra padarytas didesnis už n+–i (11–1) ir p+–i (10–1) sandūrų nuskurdintų sričių suminį didžiausią storį dmax+ < d2 i– srityje 1, čia n+–i (11-1) ir p+–i (10-1) sandūros yra tarp i– srities 1 ir atitinkamai n+– (11) ir p+– (10) žiedų. Atstumas d3 tarp p–n–p+ (2–4) darinio n– bazės Bn sluoksnio 3 ir paslėptos p+– srities 8, ir kartu atstumas d3 tarp n–p–n+ (5–7) darinio p– bazės Bp sluoksnio 6 ir paslėptos n+– srities 9, yra padaryti mažesni už kolektorinių p–n sandūrų 2–3 ir 5–6 nuskurdintų sričių neutralų storį dpn o > d3 atitinkamuose kolektorių p– (2) ir n– (5) srityse, o paslėptų p+– (8) ir n+– (9) sričių plotai S(p, n) yra padaryti didesni už atitinkamų p+– (4) ir n+– (7) emiterių Ep – (4) ir En – (7) atitinkamus plotus S(Ep, En) < S(p, n).
[0012] Dar kitame DIKBIPL variante (Fig. 4) įtaiso konstrukcija yra padaryta supaprastinta, o būtent, vietoje tranzistorinių p+–n–p ir n+–p–n darinių betarpiškai ant paslėptų p+– (8) ir n+– (9) sričių yra suformuoti atitinkami anodo A – (23) ir katodo Kt – (24) ominiai kontaktai – metalo, pavyzdžiui, aliuminio (Al) sluoksniai su anodo A – (23) ir katodo Kt – (24) išvadais.
[0013] DIKBIPL (Fig. 2) gali būti pagamintas, pavyzdžiui, silicio (Si) planarinės technologijos būdu tokia operacijų seka: 1 – savitojo – i– laidumo plokštelės 1 abejuose priešinguose pusėse, pavyzdžiui, difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant donorines priemaišas Nd (n+) = 1018–1020 cm–3 vienoje – pirmojoje pusėje yra suformuojama stipriai legiruota paslėpta n+– sritis 9 ir kartu kitoje – antrojoje pusėje – stipriai legiruotas paslėptas n+– žiedas 11; 2 – pavyzdžiui, difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant akceptorines priemaišas Na (p+) = 1018–1020 cm–3 pirmojoje pusėje yra suformuojamas stipriai legiruotas p+– žiedas 10 ir kartu antrojoje pusėje – stipriai legiruota paslėpta p+– sritis 8; 3 – ant pirmosios ir antrosios pusių paviršių, pavyzdžiui, molekulinės epitaksijos būdu yra užauginami atitinkami n– (5) ir p– (2) sluoksniai su vidutiniškai stipriu legiravimu N(d (n); a (p)) = 1016–1018 cm–3; 4 – difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant donorines priemaišas Nd (B) = 1016–1018 cm–3 p– sluoksnyje 2 yra suformuojamas vidutiniškai stipriai legiruotas n– sluoksnis 3 – bazė Bn; 5 – difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant akceptorines priemaišas Na (B) = 1016–1018 cm–3 n– sluoksnyje 5 yra suformuojamas vidutiniškai stipriai legiruotas p– sluoksnis 6 – bazė Bp; 6 – difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant akceptorines priemaišas Na (E) = 1018–1020 cm–3 n– sluoksnyje 3 yra suformuojamas stipriai legiruotas p+– sluoksnis 4 – emiteris Ep; 7 – difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant donorines priemaišas Nd (E) = 1018–1020 cm–3 p– sluoksnyje 6 yra suformuojamas stipriai legiruotas n+– sluoksnis 7 – emiteris En; 8 – pavyzdžiui, metalo dulkinimo – vakuuminio garinimo būdu ant atitinkamų sričių paviršių yra sudaromi ominiai kontaktai Ko ir kartu neskaidrus veidrodis 13, Bn, p, En, p ir juostelių pavidalo kontaktai 15-16, bei 17-18.
[0014] Dar kitas DIKBIPL variantas (Fig. 4) gali būti pagamintas, pavyzdžiui, Si planarinės technologijos būdu tokia operacijų seka: 1 – savitojo – i– laidumo plokštelės 1 abejuose priešinguose pusėse, pavyzdžiui, difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant donorines priemaišas Nd (n+) = 1018–1020 cm–3 vienoje – pirmojoje pusėje yra suformuojama stipriai legiruota paslėpta n+– sritis 9 ir kartu kitoje – antrojoje pusėje – stipriai legiruotas paslėptas n+– žiedas 11; 2 – difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant akceptorines priemaišas Na (p+) = 1018–1020 cm–3 pirmojoje pusėje yra suformuojamas stipriai legiruotas p+– žiedas 10 ir kartu antrojoje pusėje – stipriai legiruota paslėpta p+– sritis 8; 3 – pavyzdžiui, metalo dulkinimo – vakuuminio garinimo būdu ant atitinkamų sričių paviršių yra sudaromi ominiai kontaktai Ko ir kartu neskaidrus veidrodis 13, A, KD ir juostelių pavidalo kontaktai 15-16, bei 17-18.
[0015] DIKBIPL (Fig. 1, a ir Fig. 2), turinčio du skirtingo tipo p–n–p+ (2–4) ir n–p–n+ (5–7) dvipolius tranzistorius su atitinkamais emiterių E(p; n) ir bazių B(n; p) išvadais, bei bendru aktyviosios i– srities 1 išvadu Ko – (13), bazių išvadai B(n; p) (3 ir 6) yra sujungti su bendru išvadu Ko – (13) ir kartu su "žeme" (14) – nulinio potencialo šyna 14. Vienas iš emiterių E(p; n), pavyzdžiui, Ep (4) yra sujungtas su pirmojo įėjimo Uin 1 valdymo įtampos u in 1 (t) šaltinio 19 pirmuoju poliumi, o kitas emiteris En (7) yra sujungtas su antrojo įėjimo Uin 2 – antrojo valdymo įtampos u in 2 (t) šaltinio 20 pirmuoju poliumi, o šių šaltinių 19 ir 20 atrieji poliai yra sujungti su "žeme" 14. Pirmosios poros lygiagrečių metalo juostelių 15 ir 16 išvadai yra sujungti su pastoviosios įtampos Ε1 pirmuoju šaltiniu 21, o antrosios poros lygiagrečių metalo juostelių 17 ir 18 išvadai yra sujungti su pastoviosios įtampos Ε2 antruoju šaltiniu 22.
[0016] Kitame DIKBIPL jungimo grandinės variante (Fig. 4) yra įjungtas supaprastintos konstrukcijos puslaidininkinis įtaisas, kurio anodas A – (23) ir katodas Kt – (24) yra sujungti su įtampos UAK valdymo-maitinimo šaltiniu, pirmosios poros lygiagrečių metalo juostelių 15 ir 16 išvadai yra sujungti su pastoviosios įtampos Ε1 pirmuoju maitinimo šaltiniu 21, o antrosios poros lygiagrečių metalo juostelių 17 ir 18 išvadai – su pastoviosios įtampos Ε2 antruoju maitinimo šaltiniu 22.
[0017] DIKBIPL (Fig. 1, a ir Fig. 2) veikia tokiu būdu.
[0018] Įjungia pastoviųjų įtampų Ε(1; 2) šaltinius 21 ir 22, ir pradiniu laiko momentu t = 0 tranzistoriniai dariniai p–n–p+ (2–4) ir n–p–n+ (5–7) yra "išjungtose" – "uždarytose" būsenose, ir todėl reakcijos signalas – šviesos srautas Φ (t) = 0. Įjungia poveikių įtampų u in (1; 2) (t) atitinkamus valdymo šaltinius 19 ir 20, o reakcijos signalo – šviesos srauto Φ (t) parametrai – intensyvumas Φo (t) ir fotonų energija EΦ = h·ν, čia: h – Planko konstanta; ν – fotono dažnis, priklauso nuo poveikių įtampų u in (1; 2) (t) parametrų, bei nuo pastoviųjų įtampų Ε1 (21) ir Ε2 (22) tarpusavio palyginamųjų verčių. Kai poveikių signalai u in (1; 2) (t) yra, pavyzdžiui, tokio pat dažnio ω in (1; 2) ir vienodų fazių φ in (1; 2) harmoniniai signalai u in (1; 2) (t) = ± Uo (1; 2)·sin (ω in (1; 2)·t ± φ in (1; 2)), čia Uo (1; 2) – atitinkamų poveikių signalų u in (1; 2) (t) amplitudės, tai šiuo atveju šviesos srauto Φ (t) amplitudė Φo = 0 ir nepriklauso nuo Ε(1; 2) verčių, nes elektronai n ir skylės p į aktyviąją i– sritį 1 patenka skirtingais laiko t momentais – skylės p teigiamojo pusperiodžio metu, o elektronai n – neigiamojo pusperiodžio metu. Kai poveikių signalų u in (1; 2) (t) fazės φ in (1; 2) yra skirtingos ir jų skirtumas Δφ = |φ in 1 – φ in 2| = 180° = π rad, tai šiuo atveju Φ (t) yra impulsų pavidalo su amplitudės Φo didžiausiu intensyvumu Φo max, ir tai yra parodyta laiko t diagramose Fig. 5, čia taip pat yra pateiktos poveikių signalų u in (1; 2) (t) ir reakcijos Φ (t) laiko t diagramos. Iš Fig. 5, a ir b matome: laiko momentu t1 poveikių signalai u in (1; 2) (t1) =|Us| – slenkstinė įtampa, kai tranzistoriniai dariniai p–n–p+ (2–4) ir n–p–n+ (5–7) yra iš dalies "pradaryti" tiek, kad į aktyviąją i– sritį 1 injektuojamų skylių p ir elektronų n pakanka užpildos inversijai – apgrąžai sudaryti, kurios metu priverstinė spinduliuojamoji rekombinacija viršija savaiminę rekombinaciją. Nuo šio momento t1 iki momento t*1 > t1, optinės spinduliuotės srauto Φ (t) amplitudė Φo didėja iki Φo max (t*1), ir toliau didėjant t > t*1, srauto Φ (t) amplitudė Φo mažėja, ir laiko momentu t2 > t*1 amplitudė Φo = 0 (Fig. 5, c), nes u in (1; 2) (t2) = |Us|. Kai laikas t yra intervale T ≥ t ≥ T/2, turime poveikių signalus u in (1; 2) (t), kurių pusperiodžių poliškumai atitinka tranzistorinių darinių p–n–p+ (2–4) ir n–p–n+ (5–7) "uždarymo" kryptį. Todėl šie dariniai yra "uždarytose" būsenose ir iš čia Φo | T ≥ t ≥ T/2 = 0. Kai t > T ir toliau didėja, laiko momentu t3 > T poveikių signalai u in (1; 2) (t3) = |Us|, ir todėl tranzistoriniai dariniai p–n–p+ (2–4) ir n–p–n+ (5–7) iš dalies "prasidaro" tiek, kad Φo > 0, ir toliau procesai kartojasi – puslaidininkinis lazeris (Fig. 1, a ir Fig. 2) spinduliuoja optinius impulsus Φ (t), kuriuose fotonų energija EΦ = h·ν. Fotonų energija E Φ ῀꞊ ΔEg – aktyviosios i– srities 1 puslaidininkinės medžiagos elektronų draustinų energijų Eg juostos plotis. Spinduliuojamų optinių impulsų Φ (t) pasikartojimo dažnis ω Φ = ω in (1; 2). Optinės spinduliuotės Φ (t) bangos dažnis ν arba ilgis λ yra ΔEg funkcija:
[0019]
[0020] čia ci – šviesos greitis aktyviojoje i– srityje 1.
[0021] Iš (1) kyla būdas keisti spinduliuojamo optinio signalo Φ (t) bangos ilgį λ, keičiant aktyviosios i– srities 1 puslaidininkinės medžiagos elektronų draustinų energijų Eg juostos plotį ΔEg. Tai puslaidininkiniame lazeryje (Fig. 1, a ir Fig. 2) yra pasiekiama keičiant pastoviųjų įtampų Ε1 (21) ir Ε2 (22) tarpusavio palyginamąsias vertes. Kai Ε1 = Ε2 (Fig. 2) ir šių šaltinių 21 ir 22 teigiamieji poliai yra sujungti su elektrodais 16 ir 18, o neigiamieji poliai su elektrodais 15 ir 17, tai šuo atveju atitinkamų elektrinių laukų E1 ir E2 veikiami injektuoti elektronai n ir skylės p didžiausius tankius sudarys aktyviosios i– srities 1 centrinėje srityje, kurioje ΔEg (y) = ΔEg vid – vidutinė vertė. Todėl spinduliuojamo optinio signalo Φ (t) bangos ilgį λ (Ε1 /Ε2) = λ vid. Kai Ε2 > Ε1 (Fig. 3, a), tai šuo atveju atitinkamų elektrinių laukų E2 > E1 veikiami injektuoti elektronai n ir skylės p didžiausius tankius sudarys aktyviosios i– srities 1 dalyje, esančioje arčiau kontaktų 15-16, kurioje ΔEg (y) = ΔEg max – maksimali – didesnė vertė, ir todėl spinduliuojamo optinio signalo Φ (t) bangos ilgį λ (Ε1 /Ε2) = λ max > λ vid. Kai Ε1 > Ε2 (Fig. 3, b), tai šuo atveju atitinkamų elektrinių laukų E1 > E2 veikiami injektuoti elektronai n ir skylės p didžiausius tankius sudarys aktyviosios i– srities 1 dalyje, esančioje arčiau kontaktų 17-18, kurioje ΔEg (y) = ΔEg min – minimali – mažesnė vertė, ir todėl spinduliuojamo optinio signalo Φ (t) bangos ilgį λ (Ε1 /Ε2) = λ min < λ vid. Taigi, keisdami santykio Ε1 /Ε2 vertę, keičia spinduliuojamo optinio signalo Φ (t) bangos ilgį λ.
[0022] Kitame DIKBIPL jungimo grandinės variante (Fig. 4), DIKBIPL veikia panašių būdu, kaip ir DIKBIPL, parodytas Fig. 1, a ir Fig. 2. Čia elektronai n ir skylės p į aktyviąją i– sritį 1 yra injektuojami taip pat, kaip ir analoge – per atidarytą p+–i– n+ sandūrą 8-1-9, ir aktyvioje i– srityje 1 rekombinuoja generuodami fotonus EΦ = h·ν, o spinduliuojamo optinio signalo Φ (t) bangos ilgį λ keičia keisdami santykio Ε1 /Ε2 vertę.
[0023] Iš Fig. 5 matome, kad spinduliuojamų optinių impulsų Φ (t) srauto intensyvumas ir kartu optinė galia PΦ priklauso nuo poveikio signalų u in (1; 2) (t) fazių φ in (1; 2) skirtumo Δφ taip, kaip tai yra parodyta Fig. 6, čia Φo – optinių impulsų Φ (t) amplitudė. Analogiška priklausomybė bus ir nuo poveikio signalų u in (1; 2) (t) dažnių ω in (1; 2) skirtumo Δω = |ω in 1 – ω in 2|, kai yra tenkinama sąlyga Δω /ω in (1; 2) ≤ 0,2–0,3. Tai praplečia DIKBIPL funkcines savybes, leidžiančias jį taikyti fazinės-dažninės detekcijos įtaisuose. Kai, pavyzdžiui, ω in 2 = 2·ω in 1, tai šuo atveju turime dažnio dalinimą iš dviejų ir ši veika yra parodyta laiko t diagramomis Fig. 7. Iš Fig. 7 matome, kad optinė spinduliuotė Φ (t) > 0 yra galima tik laiko tarpais t1–t2, t3–t4, ir t. t., nes tik tada elektronai n ir skylės p kartu – tuo pačiu laiko momentu patenka į aktyviąją i– sritį 1. Tai taip pat padidina puslaidininkinio lazerio funkcines savybes. Dvipolių tranzistorinių darinių p–n–p+ (2–4) ir n–p–n+ (5–7) veikimo sparta gali siekti dešimtis GHz ir tai padidina šios konstrukcijos puslaidininkinio lazerio veikimo spartą.
[0024] Atsižvelgiant į išnagrinėto puslaidininkinio įtaiso veiką, jį galima vadinti dvigubos injekcijos keičiamo bangos ilgio puslaidininkiniu lazeriu – DIKBIPL.
[0025] Palyginus su analogu, pasiūlytas DIKBIPL pasižymi didesne veikimo sparta, didesnėmis funkcinėmis savybėmis ir didesnėmis energetinėmis charakteristikomis.
1. Dvigubos injekcijos keičiamo bangos ilgio puslaidininkinis lazeris (DIKBIPL), sudarytas iš dviejų skirtingo laidumo sluoksnių – skylinio (p–) ir elektroninio (n–), sudarančių p–n sandūrą, kurioje yra optinės generacijos aktyvioji sritis, n– ir p– sluoksnių paviršiuose sumontuoti ominiai kontaktai, o p–n sandūros darinys padarytas Fabri-Pero optinio rezonatoriaus pavidalu, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad optinės generacijos aktyvioji sritis padaryta iš savitojo laidumo – i– tipo varizoninio puslaidininkio, kuriame draustinių energijų juostos plotis ΔEg kinta Fabri-Pero optinio rezonatoriaus veidrodžių kryptimi ir ši aktyvioji i– sritis patalpinta tarp dviejų lygiagrečių veidrodžių, sudarančių Fabri-Pero optinį rezonatorių, kuriame aktyviosios i– srities vienas iš paviršių, esančių lygiagrečiai tarp veidrodžių, turi bendrą ominį kontaktą Ko, priešinguose aktyviosios i– srities pusėse, nesančiuose tarp veidrodžių, suformuoti atitinkami tranzistoriniai n–p–n ir p–n–p dariniai, turintys po vieną atitinkamą emiterio E(n; p) ir bazės B(p; n) ominius kontaktus, n–p–n ir p–n–p darinių atitinkamos kolektorinės n– ir p– sritys suformuotos ant aktyviosios i– srities atitinkamų priešpriešiais esančių paviršių, aktyviosios i– srities priešpriešiais esančiuose dvejuose likusių laisvų paviršių priešpriešiniuose kraštuose suformuotos po dvi poros lygiagrečių juostinių ominių kontaktų su atitinkamomis išvadų poromis, o ominių kontaktų lygiagrečios juostelės yra orientuotos statmenai paviršiams su veidrodžiais.
2. DIKBIPL pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad optinės generacijos aktyvioji i– sritis patalpinta tarp p– ir n– sluoksnių, kuriuose suformuotos planarinės mezakonstrukcijos atitinkami tranzistoriniai p+–n–p ir n+–p–n dariniai, kuriuose p+– ir n+– sritys – atitinkamai emiteriai Ep ir En suformuoti atitinkamų p– ir n– sluoksnių paviršiuose, i– srityje priešais tranzistorinius p+–n–p ir n+–p–n darinius suformuotos atitinkamos kolektorinės paslėptos p+– ir n+– sritys, aplink kurias suformuoti atitinkami n+– ir p+– žiedai, atstumas d1 tarp paslėptų n+– ir p+– sričių padarytas mažesnis už krūvininkų mažiausią difuzijos ilgį Ld min i– srityje, Ld min > d1, ir kartu didesnis už (0,5·Ld min) < d1, atstumas d2 tarp n+– ir p+– žiedų padarytas didesnis už n+–i ir p+–i sandūrų nuskurdintų sričių suminį didžiausią storį dmax+ i– srityje, dmax+ < d2, čia n+–i ir p+–i sandūros yra tarp i– srities ir atitinkamai n+– ir p+– žiedų, atstumas d3 tarp p+–n–p darinio n– bazės Bn sluoksnio ir paslėptos p+– srities ir kartu atstumas d3 tarp n+–p–n darinio p– bazės Bp sluoksnio ir paslėptos n+– srities padaryti mažesni už kolektorinių p–n sandūrų nuskurdintų sričių neutralų storį dpn 0 > d3 atitinkamose kolektorių p– ir n– srityse, paslėptų p+– ir n+– sričių plotai S(p, n) padaryti didesni už atitinkamų p+– ir n+– emiterių E(p, n) atitinkamus plotus S(Ep, En) < S(p, n).
3. DIKBIPL pagal 2 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad įtaiso konstrukcija padaryta be tranzistorinių p+–n–p ir n+–p–n darinių, o vietoje jų betarpiškai ant paslėptų p+– ir n+– sričių suformuoti atitinkami anodo A ir katodo Kt ominiai kontaktai – metalo sluoksniai su anodo A ir katodo Kt išvadais.
4. DIKBIPL jungimo grandinė, sudaryta iš puslaidininkinio įtaiso ir pastoviosios įtampos maitinimo-valdymo šaltinio, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad puslaidininkinis įtaisas padarytas pagal 1 ir 2 punktus – turi du skirtingo laidumo tranzistorinius n–p–n ir p–n–p darinius su atitinkamais emiterių E(n; p) ir bazių B(p; n) išvadais, bei aktyviąją i– sritį su atitinkamais bendru ominiu kontaktu Ko ir lygiagrečių juostinių ominių kontaktų atitinkamomis išvadų poromis, bazių išvadai B(p; n) ir aktyviosios i– srities bendras ominis kontaktas Ko sujungti su "žeme" – nulinio potencialo šyna, vienas iš emiterių E(n, p), pavyzdžiui, Ep sujungtas su pirmojo valdymo įtampos šaltinio Uin 1 pirmuoju poliumi, o kitas emiteris En – su papildomo – antrojo valdymo įtampos šaltinio Uin 2 pirmuoju poliumi ir šių šaltinių atrieji poliai sujungti su "žeme", o lygiagrečių juostinių ominių kontaktų atitinkamos dvi poros išvadų sujungtos su atitinkamais dviem pastoviųjų įtampų maitinimo šaltiniais – pirmuoju Ε1 ir antruoju Ε2.
5. DIKBIPL jungimo grandinė pagal 3 4 punktus, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad įtaiso anodo A ir katodo Kt išvadai sujungti su pirmojo įtampos maitinimo-valdymo šaltinio UAK atitinkamais poliais – teigiamo "+" ir neigiamo "–" poliškumais.