Гиперссылка 3.9. Полупроводниковый лазер с электронной накачкойКроме инжекционных лазеров применяются также полупроводниковые (п/п) лазеры с электронной накачкой. В нем на п/п воздействует поток электронов высокой энергии (десятки и сотни килоэлектрон-вольт). Электроны накачки, проникая вглубь кристалла, возбуждают электроны валентной зоны, и часть их переходит на более высокие энергетические уровни зоны проводимости. Эти возбужденные электроны, в свою очередь, передают энергию другим атомам решетки — возникает лавина, ослабевающая по мере удаления от поверхности вглубь полупроводника.
Рисунок 1. Полупроводниковый лазер с электронной накачкой 1 - когерентное излучение; 2 -отражающие поверхности; 3 -подложка;
Конструктивно п/п-лазер с электронной накачкой выполняется в виде электронно-лучевой трубки (рабочее напряжение десятки киловольт), в которую помещается полупроводник. Поток электронов с энергией 20 кэВ и более направляется на плоскую грань п/п-образца. В тонком поверхностном слое п/п электронный поток создает большое число электронно-дырочных пар (примерно 10 пар на один электрон). Образующиеся носители собираются у дна зоны проводимости (электроны) и потолка валентной зоны (дырки) и рекомбинируют. Когерентное излучение выходит из п/п-пластины в плоскости, перпендикулярной направлению потока электронов. Грани образца (отражающие поверхности) служат зеркалами открытого лазерного резонатора. Толщина активного слоя при электронной накачке зависит от энергии электронов и может достигать десятых долей миллиметра. Показанный на рис.1 способ накачки лазера, при котором электронный поток ориентирован перпендикулярно оси оптического резонатора лазера, называется поперечной накачкой. Существует также продольная накачка: электронный поток ориентирован вдоль зеркал оптического резонатора лазера. Электронная накачка позволяет изготовить лазерные системы с мощностью излучения в импульсе до 1 МВт. Недостатки лазеров с электронной накачкой: - наличие объема с высоким вакуумом; - большие габариты; - низкая эффективность (из-за двойного преобразования энергии общий КПД не превышает 1%); - сложность и громоздкость системы питания (ее объем и масса в десятки раз превышают объем и массу собственно лазера). Перечисленные недостатки лазеров с электронной накачкой ограничивают область применения этих приборов. Тем не менее для проекционного широкоформатного цветного телевидения (с площадью экрана до 10 м2), для сверхскоростных систем вывода информации ЭВМ, быстродействующих голографических запоминающих устройств, генераторов импульсов излучения с длительностью 10-12с лазер с электронной накачкой оказывается наиболее приемлемым источником излучения.
Полупроводниковый лазер с электронной накачкой
|
