Файл: взаимод_изл_вещЛ4_2013.pdf

із речовиною

Для створення інверсійної населеності у напівпровідниках широко

використовують:

-оптичне накачування;

-збудження пучком швидких електронів;

-пряме електричне збудження;

-інжекція носіїв заряду через p-n перехід.

із речовиною

При оптичній накачці інтенсивний світловий потік

спрямований на поверхню напівпровідника.

Частота сигналу не повинна суттєво перевершувати

значення E/h, оскільки за такої умови поглинута енергія йшла б на нагрівання напівпровідника. Тому при оптичній накачці доцільно використовувати випромінювання іншого лазера.

із речовиною

Збудження пучком швидких електронів.

Якщо на поверхню напівпровідника направити пучок

електронів з енергією порядку 20 кеВ, то у тонкому поверхневому

шарі виникає велика кількість пар електрон-дірка. З краю зони провідності збираються електрони, а з краю валентної зони --

дірки. В результаті рекомбінації виникає лазерне випромінювання.

Можливість сканування і високоефективної модуляції

лазерного випромінювання -- одні із переваг такого методу

збудження.

із речовиною

Пряме електричне збудження.

При розміщенні напівпровідника у сильному електричному полі (порядку 105 В/см) у ньому утворюються

нерівноважні електрони і дірки відповідно у зоні провідності та

валентній зоні. Це відбувається або за рахунок ударної іонізації, або

за рахунок відриву електронів і дірок електричним полем.

із речовиною

Інжекція носіїв заряду через p-n перехід.

Широке застосування отримав метод інжекції носіїв

заряду через p-n перехід. У цьому випадку використовується p-n

перехід у вироджених напівпровідниках.

із речовиною

Створення інверсійних станів в парамагнітних кристалах та стеклах.

Використовується оптична накачка!

Вимоги:

-має поглинатися активною речовиною;

-бути прозорою для матриці носія.

Джерела накачування в оптичному діапазоні:

-звичайні лампи розжарення;

-спеціальні потужні ксенонові лампи-спалаху;

-ртутні лампи;

-напівпровідникові діоди;

-інші джерела.

із речовиною

Тверді активні середовища, що використовуються у квантовій електроніці (крім напівпровідників) являють собою твердий розчин

двох компонентів -- матриці та активатора.

Речовина матриці безпосередньо не приймає участі у процесах, пов'язаних з підсиленням електромагнітних коливань.

використовуються кристалічні або аморфні діелектрики:

-кристали;

-стекла;

-пластичні маси .

із речовиною

Зовнішнє поле решітки матриці й магнітне поле призводить

до виродження рівнів, які існують у ізольованого іона, отже, цілий ряд

переходів стають дозволеними, що сприяє збагаченню спектра робочої

речовини.

При цьому розрізняють три випадки:

із речовиною

1. Слабке кристалічне поле. Цей випадок характерний для рідкоземельних елементів з незаповненою 4f - оболонкою, яка добре

захищена від впливу зовнішніх полів 5sта 5pелектронами.

LS зв'язок не порушується і в кристалічних матрицях рівні енергій таких іонів залишаються вузькими. Оскільки кристалічне поле

слабо впливає на енергетичний спектр рідкоземельних іонів, то

структури їх рівнів у різних матрицях носіях майже не змінні.

На всіх рідкоземельних елементах-лантаноїдах отримано

генерацію, але найкращі результати досягнуті для Nd3+.

Квантова електроніка

Взаємодія випромінювання із речовиною

2. Середнє кристалічне поле. Цей випадок відповідає іонному типу

зв'язку і характерний для елементів групи заліза з недобудованою 3d-

оболонкою. Збурююча дія поля кристалічної решітки є більшою за спін-

орбітальну взаємодію електронів і LS зв'язок є розірваним.

Рівні енергії іонів, що введені в кристал є суттєво зміщеними в порівнянні із вільними іонами. Крім того, рівні можуть бути суттєво розширені. З цієї причини елементи групи заліза використовують у якості сенсибілізаторів. А наявність широких смуг люмінесценції дає змогу

реалізувати твердотільні лазери з плавною перебудовою частоти генерації.

Розташування енергетичних рівнів, їх ширина, імовірності

випромінювальних та безвипромінювальних переходів для одного іону в

значній мірі залежить від матриці - носія. Відомим прикладом цього типу є

іон Cr3+ в решітці Al2O3.

із речовиною

3. Сильне кристалічне поле. Цей випадок спостерігається у

парамагнітних центрів, які сильно зв'язані з оточуючими іонами. Він є

характерним для елементів з незаповненими 4dта 5dоболонками і

рідко спостерігається для групи заліза.

Сильне поле розриває LS зв'язок. Збурення поля кристалічної

решітки в цьому випадку має порядок енергії взаємодії електронів між

собою, тому змінюється не тільки структура енергетичних рівнів іона,

а і ймовірності переходів.

із речовиною

Активатор у основі матриці повинен мати:

-метастабільний рівень з великим часом життя, а тому і з вузькою лінією люмінесценції;

-широку смугу або велику кількість ліній поглинання, щоб можна було створити інверсійну населеність;

-не повинен мати ніяких ліній поглинання крім тих, які необхідні для збудження.