Полупроводниковые лазеры


Полупроводниковые лазеры

С давних времен было известно, что одни вещества могут проводить электрический ток, а другие - нет. К первой группе, к проводникам, относятся прежде всего металлы. Стекло, фарфор, смолы и другие вещества не проводят электричества и называются изоляторами. Но гораздо позднее было установлено, что есть и третья группа веществ, которые занимают промежуточное место между первыми двумя. Они проводят ток, но плохо. А раз они хоть как-то проводят ток, то уже не могут служить и изоляторами. Вот и считали их долгое время каким-то курьезом природы, ни на что в особенности не годным. Однако потом было открыто, что проводимость полупроводников сильно зависит от разных внешних воздействий: ее может изменить нагрев, охлаждение, освещение, магнитное поле и бомбардировка заряженными частицами. Из полупроводниковых материалов можно построить прибор —диод, который в одном направлении проводит ток, а в другом — нет. А отсюда один шаг до других Радиодеталей, применяемых в передатчиках и приемниках,— в современной аппаратуре вы Уже почти не найдете ламп, их заменили полупроводниковые приборы.

И лишь совсем недавно, в 60-х годах, было установлено, что полупроводники — превосходный материал для лазеров.

Если соединить вместе две пластины из полупроводников разных типов, то посередине образуется так называемая «переходная зона». Атомы вещества, находящиеся в ней, способны возбуждаться при прохождении электрического тока поперек зоны и генерировать свет. Зеркалами, необходимыми для получения лазерного излучения, могут служить полированные и посеребренные грани самого кристалла полупроводника.

Среди этих лазеров по праву лучшим считается лазер на основе арсенида галлия — соединения редкого элемента галлия с мышьяком. Его инфракрасное излучение имеет мощность до десяти ватт. Казалось бы, немного, если вспомнить о тех тысячах ватт, про которые мы говорили в предыдущей главе. Но эти десять ватт снимаются с излучающего слоя толщиной всего 0,002 миллиметра и длиной один миллиметр! А если этот лазер охладить до температуры жидкого азота (—200°), мощность его излучения можно увеличить в десять раз. Это значит, что при площади излучающего слоя в 1 см2 мощность излучения достигла бы миллиона ватт! Но, ксожалению, полупроводник с переходным слоем такого размера изготовить пока невозможно по техническим причинам. Однако технология производства полупроводниковых материалов непрерывно совершенствуется, и, может быть, мы совсем скоро услышим о сверхмощных лазерах размером со спичечный коробок.

Есть и другие идеи, позволяющие получить большие мощности излучения. Можно возбуждать атомы полупроводника пучком электронов (как в твердотельных лазерах — лампой-вспышкой). Электроны проникают глубоко внутрь вещества, возбуждая большее количество атомов; ширина излучающей зоны оказывается раз в сто шире, чем при возбуждении электрическим током. Поэтому мощность излучения таких лазеров с электронной накачкой достигает уже двух киловатт.

Крошечные размеры полупроводниковых лазеров делают их очень удобными для применения там, где нужен миниатюрный источник света большой мощности. Но за все приходится расплачиваться: уменьшив донельзя размеры лазера, мы затруднили его охлаждение. А сокращение расстояния между его зеркалами привело к ухудшению качества излучения по сравнению со светом газовых лазеров: монохроматичность его стала ниже, расходимость луча — больше. Может быть, поправить дело, слегка поступившись миниатюрностью прибора?

Так родилась идея «излучающего зеркала». Конструкция его проста до предела. На поверхность металлического зеркала наносится слой полупроводника. На некотором расстоянии от него, параллельно ему, укрепляют второе, выходное полупрозрачное зеркало. На слой полупроводника направляют «электронный прожектор», посылающий поток электронов. Все это устройство помещают в колбу, из которой откачан воздух. Задняя поверхность первого зеркала охлаждается потоком жидкости.

Пучок электронов можно сделать любой нужной ширины. Кристалл полупроводника, излучающий свет уже всей своей поверхностью, может иметь площадь несколько квадратных сантиметров. Поэтому можно ожидать, что такой лазер будет генерировать непрерывное излучение мощностью несколько сотен киловатт. А раз зеркала его отстоят друг от друга далеко, то и качество излучения улучшится.

И наконец, есть еще один тип лазеров, отличающийся по виду своего рабочего вещества от всех прочих. Мы уже видели, что лазерный эффект может быть получен в газах и твердых телах (включая сюда полупроводники).

Раздел: Статьи про лазеры 10.11.2016

Статьи про лазерыПолупроводниковые лазеры

Смотрите также

Оружие древнего человека

Здесь собраны статьи про оружие древних людей. Так же вы узнаете как человек впервые обнаружил железо и многое другое.

Статьи про лазеры

Статьи про различные лазеры и их применение в разных сферах деятельности.