Полупроводниковые лазеры с электронной накачкой

В этих лазерах на полупроводник воздействует поток электронов высокой энергии (2..20 кэВ). Эти электроны проникают вглубь полупроводника на десятки микрометров, ионизируя на своем пути атомы кристаллической решетки. Образующиеся свободные электроны переходят на более высокие энергетические уровни зоны проводимости. Эти возбужденные электроны в свою очередь передают энергию другим атомам решетки. В результате возникает лавина, ослабевающая при удалении от поверхности, и создается инверсная заселенность энергетических уровней. При этом энергия электронов в основном тратится на разогрев кристалла, и поэтому теоретический предельный КПД энергетического преобразования “электронный луч–излучение” не превышает 30…40%.

Конструктивно такой лазер выполняется в виде электронно-лучевой трубки с U_раб³;10кВ, в которую помещается полупроводниковая пластина.

Поток электронов падает на плоскую грань полупроводника. В тонком поверхностном слое электронный поток создает большое число электронно-дырочных пар (примерно 10 пар на один электрон). Эти пары рекомбинируют и когерентное излучение выходит из пластины в плоскости, перпендикулярной направлению потока электронов. Грани полупроводниковой пластины являются зеркалами открытого резонатора. Толщина активного слоя может достигать десятых долей миллиметра в зависимости от энергии потока электронов.

По сравнению с инжекционными лазерами эти лазеры имеют ряд преимуществ.

1. Более высокая мощность излучения (Р_имп до 1 МВт). Это связано с тем, что объём возбужденной активной области в 100..1000 раз больше, чем у лазеров с ДГС.

2. Возможность получения лазерной генерации практически на любых прямозонных полупроводниках, в том числе на таких, на которых не удается получить p-n переходов.

3. Возможность управления длиной волны излучения, базирующаяся на использовании в качестве мишени варизонных (с плавным изменением DE₃) полупроводников.

4. Низкая угловая расходимость (единицы градусов).

К недостаткам этих приборов следует отнести: наличие объема с высоким вакуумом; низкий реальный КПД (£1%) из-за двойного преобразования энергии; сложность и громоздкость системы питания.

Лазеры с электронной накачкой применяют для широкоформатного цветного телевидения с площадью экрана до 10м², в быстродействующих голографических устройствах, а также для построения генераторов оптического когерентного излучения с t_и£10^-12с.