Вчені розробили новий напівпровідниковий лазер електророзрядний

Співробітники Фізичного інституту ім. П. Н. Лебедєва РАН (ФІАН) та Інституту Електрофізики Урв РАН (р. Єкатеринбург) розробили конструкцію нового типу лазера – напівпровідникового електророзрядного. З деяким наближенням пристрій можна назвати більш досконалою версією стримерного напівпровідникового лазера.

Термін «електророзрядний лазер» більш відомий у комбінації з газовим середовищем – отримали поширення электроразрядные газові лазери. Принцип їх роботи, умовно кажучи, полягає в наступному: напруга, що прикладається до газовій трубці, прискорює електрони, активізуючи процес іонізації, в результаті виникають умови для оптичних переходів, які сприяють посиленню, а потім генерації лазерного випромінювання. Що стосується напівпровідників, то відомі «стримерные» напівпровідникові лазери, виникаючи наносекундними (10-7 – 10-8 с) імпульсами високої напруги. Ці лазери містять генератор високовольтних імпульсів, один електрод якого під’єднаний до напівпровідникової пластині, вміщеній в рідкий діелектрик, а другий видалений на значну відстань для запобігання пробою напівпровідникової пластини. Істотним недоліком таких лазерів є виникнення генерації лазерного випромінювання уздовж певних кристалографічних напрямків і малий діаметр генеруючої області (до десятки мікрон), що пов’язано з розподілом електричних полів в кристалі і обмежує потужність, збільшує конусність випромінювання і не дозволяє управляти кількістю і місцем положення генеруючих областей. Співробітники ФІАН та Інституту Електрофізики Урв РАН змогли усунути перераховані недоліки, для чого істотно змінили конструкцію лазера і, зокрема, застосували порушення пикосекундными імпульсами.

За словами керівника розробки, доктора технічних наук Олександра Насібова, завдяки використанню пикосекундных імпульсів збільшується пробивна міцність, можна зблизити електроди, між якими розташована напівпровідникова пластина і забезпечити умови, у яких розряд поширюється по напрямку силових ліній електричного поля. При цьому відпадає необхідність поміщати кристал і електрод в рідку діелектричну середу, з’являються додаткові можливості іонізації напівпровідника випромінюванням розряду і електронним пучком, що утворюються в розрядному проміжку при додатку високовольтних пикосекундных імпульсів. Під дією пикосекундных імпульсів електричного поля і електронного пучка в результаті ударної іонізації, тунельного та фотоефекту утворюється щільна електронно-діркова плазма, в якій виникають умови для посилення і генерації лазерного випромінювання.

Робота звичайних напівпровідникових лазерів заснована на p-n переходах, через які пропускається струм, і в результаті інжекції носіїв відбувається випромінювання. В напівпровідниковому электроразрядном лазері використовується монокристал, тобто p-n переходу немає, працює інший принцип, більше схожий на те, що відбувається в газових лазерах. «Ви докладаєте напруга, напруженість електричного поля зростає, електрони розганяються, відбувається іонізація атомів або іонів в залежності від того, який кристал, і в кристалі утворюється плазма. А в електронно-діркової плазми при певній щільності електронно-діркових пар можливо посилення і генерація світла. Ось цю ідею ми реалізуємо», – розповідає Олександр Насибов.

В залежності від прикладеної імпульсного напруги і тривалості імпульсів (десятки-сотні пікосекунд) лазер може випромінювати світлові імпульси потужністю від десятків до сотень кіловат з довжиною хвилі, що визначається шириною забороненої зони напівпровідника – від 300 нм до 3 мкм. Активний елемент лазера – напівпровідникова пластина – може бути виготовлена з подвійного або потрійного прямозоні напівпровідникового сполуки А2В6 (ZnS, ZnSe. CdS, CdSe, ZnSSe, ZnCdS, CdSSe) або А3В5 (GaAs. GaN, GaAlN, GaAlAs, АlN, InN тощо).

Передбачається застосування лазера в пристроях оптоелектроніки, оптичного зв’язку, при дослідженні швидкоплинних процесів у біологічних тканинах і в реєструючих приладах.

Процес світіння лазерної мішені з селеніду цинку на діелектричній підкладці з отвором круглої форми діаметром 3 мм

Схема напівпровідникового електророзрядного (ПЕЛ) лазера: 1 – передавальна лінія, 2 – камера з електродами 3 і 4, 5 – напівпровідникова пластина лазерної мішені (ЛМ), 6 – підкладка. ЛМ складається з плоскопараллельной напівпровідникової пластини 5 і підкладки 6, сполучених між собою тонкою діелектричної прошарком 7 з одним або декількома отворами. Також ПЕЛ містить генератор високовольтних імпульсів – на схемі не показаний.

Джерело: За матеріалами АНІ «ФІАН-інформ»

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *