Гиперссылка 3.9. Полупроводниковый лазер с электронной накачкой

Кроме 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;
4 -полупроводник; 5 - поток электронов.

 

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
в отпаянной вакуумной трубке