8.7.   Полупроводниковые лазеры с электронной накачкой

Подпись:  
Рис. 8.17. Полупроводниковый лазер с электронной накачкой: 1 – когерентное излуче¬ние; 
2 – отражающие поверхности; 3 – подложка; 
4 – полупроводник; 
5 – поток электронов
Кроме инжекционных лазеров применяются также полупроводниковые лазеры с электронной накачкой. При этом на полупроводник воздействует поток электронов высокой энер­гии (десятки и сотни килоэлектрон-вольт). Электроны накачки, проникая в глубь 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 в глубь полупроводника.

Конструктивно полупроводниковый лазер с электронной накачкой выполняется в виде электронно-лучевой трубки (рабочее напряжение десятки киловольт), в которую помещается полупроводник (рис. 8.17). Поток электронов с энергией 20 кэВ и более направляется на плоскую грань полупроводникового образца 4. В тон­ком поверхностном слое полупроводника 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 1 выходит из полупроводниковой пластины в плоскости, перпендикулярной направлению потока электронов 5. Грани образца служат зеркалами открытого лазерного резонатора. Толщина активного слоя при электронной накачке зависит от энергии электронов и может достигать десятых долей миллиметра.

Рассмотренный способ накачки лазера (рис. 8.17), 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.

Принципиальные недостатки лазеров с электронной накачкой ограничивают область применения этих приборов. К таким недостат­кам следует отнести наличие объема с высо­ким вакуумом, большие габариты, низкую 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). 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 -12 с лазер с электронной накачкой оказывается наиболее приемлемым источником излучения.