Электронно-лучевое испарение

В отличие от других способов испарения при электронно-лучевом испарении осуществляется прямой нагрев поверхности испаряемого материала. Это позволяет испарять металл из водоохлаждаемого тигля, что делает пары металла чистыми (без примесей материала тигля).

Электронно-лучевое испарение используют для получения тонких пленок. Скорость испарения должна быть более 0,1 – 100г/(м²∙с), что возможно только из жидкой фазы. Это и определяет конструктивные особенности испарительных установок.

 

 

Рис.

Из бункера испаряемый металл порциями подается в охлаждаемый тигель. Траектория электронного луча, получаемого с помощью электронной пушки, отклоняется отклоняющей системой в направлении испаряемого материала, который, испаряясь, оседает на подложку.

Возможно наносить покрытие сложного состава из нескольких тиглей (90% титана, 6% алюминия, 4% ванадия)

При испарении металла наличие вакуума позволяет получать очень чистые по составу пленки и улучшить адгезию осажденных пленок.

При электронно-лучевом испарении применяют пушки от 250Вт до 200кВт. Производительность процесса составляет от 1г/час до 100кг/час.

Размерная обработка

Электронным лучом получают глухие и сквозные отверстия, заданные контура. Удельная мощность при размерной обработке должна обеспечивать выброс всего жидкого металла из зоны обработки.

Малые размеры сечения электронного луча как технологического инструмента определили его применение прежде всего в микроэлектронике для изготовления, например, микросхем с высокой плотностью монтажа, масок и трафаретов.

Важной особенностью процесса электроннолучевой размерной обработки является возможность перемещения электронного луча с помощью отклоняющей системы.

Режимы размерной обработки:

1. Моноимпульсный режим – отверстие получают за время действия одного импульса.

2. Многоимпульсный режим - отверстие получают при воздействии нескольких импульсов.

3. Режим обработки с перемещением электронного луча по заготовке.

Выбор режимов ЭЛО зависит от температуры плавления, теплоемкости, удельной теплоты испарения и не зависит от механических свойств (прочности, твердости, пластичности), поэтому ЭЛО применяется, в первую очередь, для обработки твердых материалов – алмаза, кварца, керамики, кремния, германия.

Обработку полостей обычно ведут в многоимпульсном режиме.

Длительность импульса τ_и=10^-7-10^-3с.

В периоды пауз между импульсами металл успевает охлаждаться, поэтому глубина прошивания не более 15-20мм.

 

Рис. Форма прошиваемого отверстия

 

Кромки имеют плавное скругление, в ряде случаев это является преимуществом, например при производстве фильер. Луч можно сфокусировать до 1мкм. Ширина паза при ЭЛО 5-10мкм.

Разновидностью размерной ЭЛО является перфорация различных материалов (т.е. получение мелких сквозных отверстий). Производительность процесса может достигать 10⁵ отверстий в секунду.

Рис.

 

Точность размеров и качество поверхности при ЭЛО размерной обработке зависит от материала заготовки, параметров процесса и характеристик электронной пушки.

В целом точность размеров при ЭЛО ±5мкм, шероховатость поверхности Rz=мкм.

При жестких режимах ЭЛО, когда в материале возникают значительные градиенты температур, особенно в хрупких материалах могут образовываться микротрещины. Чтобы этого избежать, заготовку нагревают перед обработкой или снижают мощность.

Размерная ЭЛО используется для получения фильер из твердых сплавов, керамики, стекла в различной формой поперечного сечения (фильеры для производства искусственных волокон). Каждое отдельное отверстие получают перемещением луча, а переход от отверстия к отверстию – перемещением стола.

 

Термообработка.

Виды термообработки

1. Закалка – применяется для лезвий режущего инструмента – ресурс работы повышается в 2раза по сравнению с обычной закалкой.

2. Отжиг листовых материалов – позволяет улучшить пластичность и очистить поверхность от газов.

 

Оборудование для ЭЛО

Для каждого отдельного процесса ЭЛО (сварки, плавки, испарения, размерной обработки) используются специализированные устройства, которые могут сильно отличаться по своим параметрам. Но все они имеют два основных комплекса:

1. Электромеханический комплекс: рабочая камера, вакуумная система, системы позиционирования и перемещения заготовки. Этот комплекс предназначен для выполнения всех операций, не связанных непосредственно с формированием электронного луча.

2. Энергетический комплекс – электронная пушка с блоком питания и блоком управления лучом, предназначен для формирования потока электронов и управления его параметрами.

 

Светолучевая обработка

 

С давних пор люди использовали свет как источник энергии. С возникновением волновой теории света и усовершенствованием технологии изготовления оптических линз и стекол было создано множество оптических приборов.

Затем физиками была открыта квантовая природа света. Они выяснили, что обычный полихроматический свет (т.е. свет, состоящий из волн различной длины) может быть получен излучением нагретых тел. А в 1917г. А.Энштейн высказал предположение, что световые волны строго определенной длины можно получить за счет вынужденного (индуцированного) излучения атомов и молекул вещества. Это предположение положило начало развитию нового направления в науке и технике – квантовой электроники. Основная ее задача – это получение когерентного (монохроматического) света, т.е. световой волны строго определенной длины.

В 1960г. был разработан первый ОКГ, в котором в качестве рабочего вещества использовался синтетический рубин. Ученые назвали ОКГ «Лазером» по первым буквам английского выражения Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света с помощью индуцированного излучения). Таким образом термины ОКГ и лазер – синонимы. В 1961г. был создан газовый лазер с активным рабочим телом (смесь гелия и неона). Газовые ОКГ в настоящее время являются наиболее мощными из семейства лазеров.

В целом, по плотности потока энергии (до 10¹³Вт/м), по возможностям управления лазерным лучом и возможности осуществления процесса обработки в самых различных средах лазер не имеет себе равных.

Применение лазеров

Появление лазеров сразу оказало и продолжает оказывать влияние на различные области науки и техники, где стало возможным применение лазеров для решения конкретных научных и технических задач. Проведенные исследования подтвердили возможность значительного улучшения многих оптических приборов и систем при использовании в качестве источника света лазеров и привели к созданию принципиально новых устройств (усилители яркости, квантовые гирометры, быстродействующие оптические схемы и др.). На глазах одного поколения произошло формирование новых научных и технических направлений - голографии, нелинейной и интегральной оптики, лазерных технологий, лазерной химии, использование лазеров для управляемого термоядерного синтеза и других задач энергетики.

Ниже приведен краткий перечень применений лазеров в различных областях науки и техники, где уникальные свойства лазерного излучения обеспечили значительный прогресс или привели к совершенно новым научным и техническим решениям.

С помощью мощных лазеров возможны сварка, закалка, резка и сверление различных материалов без возникновения в них механических напряжений, неизбежных при обычной обработке, и с очень большой точностью, вплоть до нескольких длин волн. Обрабатываются материалы любой твёрдости, металлы, алмазы, рубины и т.п. В последнее время лазеры стали применяться при резке газовых труб и т.п.

Большие возможности открываются перед лазерной техникой в биологии и медицине. Лазерный луч применяется не только в хирургии (например, при операциях на сетчатке глаза) как скальпель, но и в терапии.

Интенсивно развиваются методы лазерной локации и связи. Локация Луны с помощью рубиновых лазеров и специальных уголковых отражателей, доставленных на Луну, позволила увеличить точность измерения расстояний Земля — Луна до нескольких сантиметров. С помощью полупроводникового лазера осуществлена связь со спутником. Разрабатываются лазерные методы геодезических измерений и регистрации сейсмических явлений.

С помощью лазерной техники интенсивно разрабатываются оптические методы обработки передачи и хранения информации, методы голографической записи информации, цветное проекционное телевидение.

Применения лазеров обширны и цель приведенного здесь краткого и неполного перечня - проиллюстрировать то громадное влияние, которое оказало появление лазеров на развитие науки и техники, на жизнь современного общества. Лазеры продолжают внедряться почти во все отрасли народного хозяйства; непрерывно открываются новые возможности их применения.

Физические основы СЛО.

Принцип лазера

Принцип действия лазера тот же, что и у ранее созданного мазера, поэтому его иногда называют оптическим мазером. В обоих этих устройствах излучение избыточной энергии возбужденных атомов вынуждается внешним воздействием.

Свет – особая форма движущейся материи. Он соткан из отдельных сгустков, именуемых квантами. Атомы любого вещества, излучая (или поглощая) свет, испускают (или захватывают) только цельные кванты; в таких процессах (если нет каких-то особых условий) атомы не взаимодействуют с долями квантов. Длина волны (стало быть, цвет) излучения определяется энергией его кванта. Атомы, одинаковые по своей природе, излучают или поглощают кванты лишь конкретной длины волны. Это наглядно проявляется в свечении газоразрядных ламп с однородным наполнением (например, неоном), которые используются в декоративной иллюминации и рекламе. Когда атом излучает квант света, он расходует энергию; поглощая квант света, атом приобретает дополнительную энергию. Поскольку энергия переносится к атому и от него порционно, то и сам атом может пребывать лишь в одном из дискретных энергетических состояний – либо в основном (с минимальной энергией), либо в каком-то из возбужденных. Атом, находящийся в основном состоянии, при поглощении кванта света переходит в возбужденное состояние; при излучении кванта света все происходит наоборот. Чем больше квантов вблизи атомов, тем больше и тех атомов, которые совершают подобные переходы – с повышением или понижением энергии. Свет своим присутствием вынуждает атомы участвовать в энергетических переходах, поэтому такие процессы называют вынужденными – вынужденное поглощение и вынужденное излучение. При вынужденном поглощении число квантов уменьшается и интенсивность света убывает, а энергия атомов возрастает. Если некоторое множество атомов, попав в освещение, вынужденно излучает суммарно больше, чем вынужденно поглощает, то возникает лазерный эффект – усиление света вынужденным излучением (данного множества атомов). Лазерная генерация может возникнуть только в том множестве микрочастиц, где возбужденных атомов больше, чем невозбужденных. Следовательно, такое множество надо заранее подготовить, т.е. предварительно накачать в него дополнительную энергию, черпая ее от какого-либо внешнего источника; эта операция так и называется – накачка.

Светолучевая обработка основана на тепловом воздействии светового луча на обрабатываемую поверхность.

1. Обычное световое излучение – полихроматический свет - возникает в результате нагрева тел. Электроны переходят с дальних орбит на ближние и излучают электромагнитные колебания в области оптического диапазона. Это излучение происходит в виде отдельных квантов или фотонов с различной энергией, т.к. переход электронов с одних орбит на другие не носит организованного характера.

Энергия фотона

ε=h·ν,

 

где h – постоянная Планка, h=6,625·10^-34Дж·с;

ν – частота излучения, Гц.

 

По длинам волн весь диапазон светового излучения условно делится на несколько областей.

Область	Длина волны λ,мкм
Инфракрасная	750-0,76
Красная	0,76-0,62
Оранжевая	0,62-0,59
Желтая	0,59-0,56
Зеленая	0,56-0,50
Голубая	0,50-0,48
Синяя	0,48-0,45
Фиолетовая	0,45-0,40
Ультрафиолетовая	0,40-0,005

В зависимости от температуры тела изменяется его энергетическая светимость

М=σТ⁴

Т – термодинамическая температура тела

Полихроматический свет нельзя сфокусировать в точку, т.к. волны разной длины имеют различный коэффициент преломления.

 

 

Максимальная плотность энергии полихроматического света 10⁷Вт/м². Это соизмеримо с нагревом от пламени газовой горелки и в 10^4-10⁵ раз меньше, чем для монохроматического луча лазера. Такая сравнительно небольшая плотность обусловлена:

1. Хроматической аберрацией (различием коэффициента преломления)

2. Отклонением геометрических параметров линз и зеркал

3. Светящееся тело имеет конкретные размеры и проецируется в виде определенной геометрической фигуры

4. Дифракция

Полихроматическое излучения применяется в промышленности для технологических целей:

¾ Лампы накаливания (имеют мощность до нескольких десятков кВт, без фокусировки позволяют нагревать обрабатываемые поверхности до Т=600-1200К

¾ Газоразрядные лампы с системами фокусировки Т=1800-2000К, чего вполне достаточно для плавления ряда материалов

¾ Сушка и термообработка в печах

¾ Пайка и сварка легкоплавких материалов

Итак, полихроматический свет – это набор волн с различной частотой и хаотичным распределением фаз.

2. Когерентное излучение

Это излучение, у которого амплитуда, частота, направление распространения волны постоянны во времени или изменяются по определенному закону. Это монохроматический свет. Для него теоретически достижимый диаметр сфокусированного луча достигает 0,4-1мкм. Но из-за неидеальной монохроматичности и когерентности он несколько больше

 

Условия получения когерентного излучения

1. Резонанс – необходимо, чтобы частота падающего света совпадала с одной из частот энергетического спектра атома

2. Атом, переходя на более высокий уровень, поглощает световой квант, что препятствует генерации когерентного излучения. Поэтому необходимо, чтобы число атомов на верхнем уровне было больше, чем на нижнем. В естественных условиях на более высоком уровне при любой температуре всегда находится меньше частиц, чем на более низком. Для возбуждения когерентного излучения надо принять специальные меры, чтобы из двух выбранных уровней верхний был населен больше, чем нижний. Такое состояние вещества называют состоянием с инверсной населенностью.

3. Часть излучаемой световой энергии должна все время оставаться внутри рабочего вещества, вызывая вынужденное излучение новых атомов.

Лазер – это источник электромагнитного излучения, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул. Вынужденное излучение происходит при столкновении кванта с электроном, находящимся на верхнем энергетическом уровне и отдающем квант энергии и отдающим квант энергии при переходе на нижний уровень.

Усиление света происходит за счет того, что первый квант, т.е. квант – возбудитель, после столкновения с атомом не исчезает, а сохраняется и дальше летит вместе с вновь рожденным квантом. Затем каждый из этих двух квантов сталкивается с одним атомом, а потом с восьмью, шестнадцатью и т.д., пока не пройдет весь путь в активном веществе. Так что чем длиннее будет этот путь, тем более мощную лавину квантов, т.е. более мощный луч света, вызывает первый квант. А, т.к. первоначальный импульс света заключает в себе не один квант, а множество, то и лавина становится мощной.

Поэтому в твердотельных лазерах активное вещество используется в виде узких длинных призм, цилиндров, т.е. в виде стержней, длина которых примерно в раз больше толщины.

В генераторе имеется система зеркал. Зеркала представляют собой торцы стержня, покрытые серебром. Торцы шлифуются строго параллельно друг другу и перпендикулярно оси цилиндра. Причем один покрывается серебром плотно, чтобы свет полностью отражался от него, а другой тонким слоем (отражает 90% квантов, пропускает 10%). Зеркала необходимы, чтобы направить луч лазера и многократно усилить первичную лавину квантов, летящих вдоль оси стержня активного вещества.

Первичная лавина, пролетевшая стержень до конца, очень слаба – ее отбрасывает назад зеркало на торце стержня со 100%-ным отражением. Лавина квантов мчится обратно, становясь мощным потоком света.

Во время мощных вспышек, а также при непрерывной работе лазера, стержень активного вещества сильно нагревается. Поэтому его охлаждают: помещают в кожух, через который циркулирует охлаждающая среда. Например, рубиновый лазер охлаждают жидким азотом (t = -196⁰C)

Основные элементы ОКГ

1. Рабочее тело (вещество, для которого может выполняться условие 2)

2. Система накачки (позволяет осуществить инверсию населенности за счет различных физических явлений). Применяют следующие виды накачки: оптическую (за счет облучения вещества мощным световым потоком); электрическую (при прохождении через вещество электрического тока); химическую (инверсия возникает за счет химических реакций) Типы лазеров различаются по видам накачки.

3. Оптический резонатор

4. Устройство для вывода энергии из резонатора

5. Система управления концентрацией энергии и положением полученного пучка света.

ОКГ различают по типу применяемого рабочего вещества:

Твердотельные - в качестве рабочего вещества используют твердые тела

 

 

О лазерах

Лазер - это источник света со свойствами, резко отличающимися от всех других источников (ламп накаливания, люминесцентных ламп, пламени, естественных светил и так далее). Лазерный луч обладает рядом замечательных свойств. Он распространяется на большие расстояния и имеет строго прямолинейное направление. Луч движется очень узким пучком с малой степенью расходимости (он достигает луны с фокусировкой в сотни метров). Лазерный луч обладает большой теплотой и может пробивать отверстие в любом материале. Световая интенсивность луча больше, чем интенсивность самых сильных источников света.

Название лазер - это аббревиатура английской фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER). усиление света с помощью вынужденного излучения.

Все лазерные системы можно разделить на группы в зависимости от типа используемой активной среды. Важнейшими типами лазеров являются:

твердотельные

полупроводниковые

жидкостные

газовые

Активная среда представляет собой совокупность атомов, молекул, ионов или кристалл (полупроводниковый лазер), которая под действием света может приобретать усиливающие свойства.

Итак, каждый атом обладает дискретным набором энергетических уровней. Электроны атома, находящегося в основном состоянии (состояние с минимальной энергией), при поглощении квантов света переходят на болеее высокий энергетический уровень - атом возбуждается; при излучении кванта света все происходит наоборот. Причем излучение света, т.е переход на более низкий энергетический уровень (рис. 1б) может происходить самопроизвольно (спонтанно) или под действием внешнего излучения (вынужденно) (рис.1в). Причем, если кванты спонтанного излучения испускаются в случайных направлениях, то квант вынужденного излучения испускается в том же направлении, что и квант вызвавший это излучение, то есть оба кванта полностью тождественны.

Рис. Виды излучения

Для того чтобы преобладали переходы, при которых происходит излучение энергии (переходы с верхнего энергетического уровня на нижний), необходимо создать повышенную концентрацию возбужденных атомов или молекул (создать инверсную населенность). Это приведет к усилению падающего на вещество света. Состояние вещества, в котором создана инверсная населенность энергетических уровней, называется активным, а среда, состоящая из такого вещества - активной средой.

Процесс создания инверсной населенности уровней называется накачкой. И еще одна классификация лазеров производится по способу накачки (оптический, тепловой, химический, электрический и т.д.). Методы накачки зависят от типа лазера (твердотельного, жидкостного, газового, полупроводникового и т.п.).

Основная задача процесса накачки может быть рассмотрена на примере трехуровневого лазера (рис. 2).

Рис.2. Трехуровневая схема

Нижний лазерный уровень I с энергией E1, является основным уровнем энергии системы, на котором первоначально находятся все активные атомы. Накачка возбуждает атомы и соответственно переводит с основного уровня I, на уровень III,с энергией E3. Атомы, оказавшиеся на уровне III, излучают кванты света и переходят на уровень I, либо на быстро переходят на верхний лазерный уровень II. Чтобы происходило накапливание возбужденных атомов на верхнем лазерном уровне II,с энергией E2, нужно иметь быструю релаксацию атомов с уровня III на II, которая должна превышать скорость распада верхнего лазерного уровня II. Созданная таким образом инверсная населенность обеспечит условия для усиления излучения.

Однако что бы возникла генерация, необходимо еще обеспечить обратную связь, то есть что бы вынужденное излучение, раз возникнув, вызывало новые акты вынужденного излучения. Для создания такого процесса активную среду помещают в оптический резонатор.

Оптический резонатор представляет собой систему двух зеркал, между которыми располагается активная среда (рис. 3). Он обеспечивает многократное происхождение световых волн, распространяющихся вдоль его оси по усиливающей среде, вследствие чего достигается высокая мощность излучения.

Рис.3 Схема лазера

При достижении определенной мощности излучения выходит через полупрозрачное зеркало. Из-за участия в развитии генерации только той части квантов, которые параллельны оси резонатора, К.П.Д. лазеров обычно не превышает 1%. В некоторых случаях, жертвуя теми или иными характеристиками, К.П.Д. можно довести до 30%.

 

Виды лазеров

Существует несколько разновидностей лазеров, которые отличаются друг от друга методом обработки материала.

Твердотельные лазеры

Существует большое количество твердотельных лазеров, как импульсных, так и непрерывных. Наибольшее распространение среди импульсных получили лазер на рубине и неодимовом стекле (стекле с примесью Nd). Неодимовый лазер работает на длине волны l = 1,06 мкм. Оказалось возможным изготовлять сравнительно большие и достаточно оптически однородные стержни длиной до 100 см и диаметром 4—5 см. Один такой стержень способен дать импульс генерации с энергией 1000 дж за время ~ 10-3 сек. Лазер на рубине, наряду с лазером на неодимовом стекле, являются наиболее мощными импульсными лазерами. Полная энергия импульса генерации достигает сотен дж при длительности импульса 10-3 сек. Оказалось также возможным реализовать режим генерации импульсов с большой частотой повторения (до нескольких кгц). Примером твердотельных лазеров непрерывного действия являются лазеры на флюорите кальция CaF2 с примесью диспрозия Dy и Л. на иттриево-алюминиевом гранате Y3Al5O12 с примесями различных редкоземельных атомов. Большинство таких лазеров работает в области длин волн l от 1 до 3 мкм. Типичное значение мощности генерации твердотельных Л. в непрерывном режиме ~ 1 вт или долей вт, для Л. на иттриево-алюминиевом гранате ~ десятков вт. Если не принимать специальных мер, то спектр генерации твердотельных Л. сравнительно широк, т.к. обычно реализуется многомодовой режим генерации. Однако введением в оптический резонатор селектирующих элементов удаётся получать и одномодовую генерацию. Как правило, это связано со значительным уменьшением генерируемой мощности.

Трудности выращивания больших монокристаллов или варки больших образцов однородного и прозрачного стекла привели к созданию жидкостных лазеров, в которых примеси атомов редкоземельных элементов вводятся не в кристаллы, а в жидкость. Однако жидкостные Л. имеют недостатки и поэтому применяются не столь широко, как твердотельные лазеры.

Жидкостный лазер

Лазер с жидким активным веществом. Преимущество жидкостных лазеров — возможность циркуляции жидкости с целью её охлаждения. Это позволяет получить большие энергии и мощности излучения в импульсном и непрерывном режимах. В первых Ж. л. использовались растворы редкоземельных хелатов. Они пока не нашли применения вследствие малости достижимой энергии и недостаточной химической стойкости хелатов. Ж. л., работающие на неорганических активных жидкостях, предложенных и синтезированных в СССР, обладают большими импульсными энергиями при значительной средней мощности. При этом Ж. л. генерируют излучение с узким спектром частот.
Интересными особенностями обладают Ж. л., работающие на растворах органических красителей. Широкие спектральные линии люминесценции органических красителей позволяют осуществить Ж. л. с непрерывной перестройкой длин волн излучения в диапазоне порядка несколько сотен. Заменяя красители, можно обеспечить перекрытие всего видимого и части инфракрасного участков спектра. В Ж. л. на красителях в качестве источника накачки обычно используются твердотельные лазеры. Для некоторых красителей можно использовать накачку от специальных импульсных газосветных ламп, дающих более короткие интенсивные вспышки белого света, чем обычные импульсные лампы (менее 50 мксек).

Газовые лазеры (лазер СО₂)

Основным достоинством газов как активной среды Л. является высокая оптическая однородность. Поэтому для тех научных и технических применений, для которых прежде всего необходимы максимально высокая направленность и монохроматичность излучения, газовые Л. представляют наибольший интерес. Вслед за первым газовым Л. на смеси гелия и неона (1960) было создано большое количество разнообразных газовых Л., в которых используются квантовые переходы нейтральных атомов, молекул и ионов, имеющих частоты в диапазоне от ультрафиолетовой до далёкой инфракрасной частей спектра. Среди Л. непрерывного действия видимой и ближней инфракрасной областей спектра наибольшее распространение получил гелий-неоновый Л. Этот Л. представляет собой заключённую в оптический резонатор газоразрядную трубку, заполненную смесью Не и Ne. В излучении Г. л. наиболее отчётливо проявляются характерные свойства лазерного излучения — высокая направленность и монохроматичность. Существенным достоинством является их способность работать в непрерывном режиме. Применение новых методов возбуждения и переход к более высоким давлениям газа могут резко увеличить мощность Г. л. С помощью Г. л. возможно дальнейшее освоение далёкого инфракрасного диапазона, диапазонов ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Открываются новые области применения Г. л., например в космических исследованиях.

Полупроводниковые лазеры

Среди Л. видимого и инфракрасного диапазонов полупроводниковые Л. занимают особое положение по ряду своих характеристик. Полупроводниковые инжекционные лазеры характеризуются очень высоким кпд преобразования электрической энергии в когерентное излучение (близким к 100%) и могут работать в непрерывном режиме. Другими практически важными особенностями П. л. являются: высокая эффективность преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения (до 30—50%); малая инерционность, обусловливающая широкую полосу частот прямой модуляции (более 109 Ггц); простота конструкции; возможность перестройки длины волны l излучения и наличие большого числа полупроводников, непрерывно перекрывающих интервал длин волн от 0,32 до 32 мкм.
Общим недостатком всех полупроводниковых Л. является сравнительно невысокая направленность излучения, связанная с их малыми размерами, и трудность получения высокой монохроматичности. Последнее связано с большой шириной спектра спонтанного излучения на рабочих рекомбинационных переходах.
Полупроводниковые Л. используются с наибольшей эффективностью в тех случаях, когда требования к когерентности и направленности не очень велики, но необходимы малые габариты и высокий кпд.
Полупроводниковые Л. превосходят Л. всех остальных типов плотностью энергии излучения и величиной кпд. Важным качеством полупроводниковых Л. является возможность перестройки частоты излучения и управления световым пучком, т. е. модуляция интенсивности света с постоянной времени ~ 10-11 сек