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.
