«Полупроводниковые лазеры» (стр. 2 из 2)

Рисунок 3 а — лазер на гетеропереходе (двусторонняя гетероструктура), б — его энергетическая схема.

Рисунок 4 Образцы инжекционных лазеров.

Полупроводниковые лазеры с электронной накачкой.

При бомбардировке полупроводника быстрыми электронами с энергией W ~ 10³—10⁶ эв в кристалле рождаются электронно-дырочные пары; количество пар, создаваемое одним электроном, ~W/3E. Этот способ применим к полупроводникам с любой шириной запрещенной зоны. Выходная мощность П. л. достигает 10⁶ вт, что объясняется возможностью накачки большого объёма полупроводника (рис. 5).

Рисунок 5 Схематическое изображение полупроводниковых лазеров с электронной накачкой: а — поперечной, б — продольной.

П. л. с электронной накачкой содержит электронный прожектор, фокусирующую систему и полупроводниковый кристалл в форме оптического резонатора, помещенные в вакуумную колбу (рис. 6). Техническое достоинство П. л. с электронной накачкой — возможность быстрого перемещения (сканирования) электронного пучка по кристаллу, что даёт дополнительный способ управления излучением. Т. к. заметная часть энергии электронного пучка тратится на разогрев решётки кристалла, то кпд ограничен (~¹/₃); на каждую электронно-дырочную пару расходуется энергия 3E, а испускается фотон с энергией ~E

Рисунок 6 Полупроводниковый лазер с электронной накачкой в отпаянной вакуумной трубке.

Полупроводниковые лазерные материалы.

В П. л. используются главным образом бинарные соединения типа А³В⁵, А²В⁶, А⁴В⁶ и их смеси — твёрдые растворы (см. табл.). Все они — прямозонные полупроводники, в которых межзонная излучательная рекомбинация может происходить без участия фононов или др. электронов и поэтому имеет наибольшую вероятность среди рекомбинационных процессов. Кроме перечисленных в табл. веществ, имеется ещё некоторое количество перспективных, но мало изученных материалов, пригодных для П. л., например др. твёрдые растворы. В твёрдых растворах величина E зависит от химического состава, благодаря чему можно изготовить П. л. на любую длину волны от 0,32 до 32 мкм.

Полупроводниковые лазеры (Э — накачка электронным пучком; О — оптическая накачка; И — инжекционные лазеры; П — накачка пробоем в электрическом поле)

Полупроводник	Длина волны излучения, мкм	Максимальная рабочая температура, К	Способ накачки
ZnS ZnO Zn1-xCdxS ZnSe CdS ZnTe CdS1-xSex CdSe CdTe	0,32 0,37 0,32—0,49 0,46 0,49—0,53 0,53 0,49—0,68 0,68—0,69 0,79	77 77 77 77 300 77 77 77 77	Э Э Э Э Э, О, П Э Э, О Э, О Э
GaSe GaAs1-xPx AlxGa1-xAs InxGa1-xP GaAs lnP InxGa1-xAs InP1-xAsx InAs InSb	0.59 0,62—0,9 0,62—0,9 0,60—0,91 0,83—0,90 0,90—0,91 0,85—3,1 0,90—3,1 3,1—3,2 5,1—5,3	77 300 300 77 450 77 300 77 77 100	Э, О Э, О, И О, И О, И Э, О, И, П О, И, П О, И О, И Э, О, И Э, О, И
PbS PbS1-xSx PbTe PbSe PbxSn1-xTe	3,9—4,3 3,9—8,5 6,4—6,5 8,4—8,5 6,4—31,8	100 77 100 100 100	Э, И О, И Э, О, И Э, О, И Э, О, И

Применение полупроводниковых лазеров.

1) оптическая связь (портативный оптический телефон, многоканальные стационарные линии связи);

2) оптическая локация и специальная автоматика (дальнометрия, высотометрия, автоматическое слежение и т.д.);

3) оптоэлектроника (излучатель в оптроне, логические схемы, адресные устройства, голографические системы памяти),

4) техника специального освещения (скоростная фотография, оптическая накачка др. лазеров и др.);

5) обнаружение загрязнений и примесей в различных средах;

6) лазерное проекционное телевидение (рис. 7).

Рисунок 7 Схема проекционного лазерного телевизора: 1 — электронная пушка; 2 — фокусирующая и отклоняющая система; 3 — полупроводниковый кристалл — резонатор; 4 — объектив; 5 — экран.

Список литературы:

1. Басов Н. Г.. Крохин О. Н., Попов Ю. М., Получение состояний с отрицательной температурой в р—n-переходах вырожденных полупроводников, «Журнал экспериментальной и теоретической физики», 1961

2. Басов Н. Г., Полупроводниковые квантовые генераторы, «Успехи физических наук», 1965

3. Пилкун М., Инжекционные лазеры, «Успехи физических наук», 1969

4. Елисеев П. Г., Инжекционные лазеры на гетеропереходах, «Квантовая электроника», 1972

5. Басов Н. Г., Никитин В. В., Семенов А. С., Динамика излучения Инжекционных полупроводниковых лазеров, «Успехи физических наук», 1969