Полупроводниковый лазер

Полупроводниковый лазер — лазер, в котором в качестве материалов как активной области (слоя, в котором генерируется стимулированное излучение), так и других областей [слоя оптического ограничения и слоёв, из которых инжектируются неравновесные носители заряда (обкладок)], используются полупроводники. В таком лазере, в отличие от лазеров других типов (в том числе и твердотельных), используются излучательные переходы не между энергетическими уровнями атомов, молекул или ионов, а между разрешёнными энергетическими зонами, подзонами или уровнями размерного квантования в полупроводниковом монокристалле. В полупроводниковом лазере накачка осуществляется:

• непосредственно электрическим током, т.е. инжекцией носителей заряда (прямая токовая накачка).

Широкое применение полупроводниковых лазеров в различных областях науки и техники, в медицине и повседневной жизни обусловлено, в частности, возможностью прямой то́ковой накачки в них.

Накачка в полупроводниковом лазере может также осуществляться:

• электронным пучком;
• электромагнитным излучением (оптическая накачка).

Под названием полупроводниковых лазеров часто встречается гибридный лазер, состоящий из мощного светодиода накачки и наклеенного на него твердотельного активного элемента. Плюс таких лазеров в том, что светодиодную структуру накачки можно сделать довольно протяженной и, соответственно, мощной. Механические деформации от нагрева меньше сказываются на активном элементе. «Полупроводниковые» лазеры с мощностями единицы-десятки ватт делают в основном именно по такой технологии. Визуально отличить гибридный лазер от полупроводникового довольно сложно.

Поскольку в полупроводниковом лазере возбуждаются и излучают коллективно атомы, составляющие кристаллическую решётку, сам лазер может обладать очень малыми размерами.

Другими особенностями полупроводниковых лазеров являются высокий КПД, малая инерционность, простота конструкции.

Типичным представителем полупроводниковых лазеров является лазерный диод — лазер, в котором рабочей областью является полупроводниковый p-n-переход. В таком лазере излучение происходит за счет рекомбинации электронов и дырок.

9 июля 1962 года исследователи из MIT Lincoln Laboratory Роберт Кийес и Теодор Квист сообщили аудитории на конференции по исследованиям твердотельных устройств, что они разрабатывают экспериментальный полупроводниковый лазер. По словам Киза, лазер еще не излучал когерентный луч, но работа быстро продвигалась.

Киз и Квист шокировали аудиторию: они заявили, что могут доказать, что почти 100 процентов электрической энергии, подаваемой в полупроводник из арсенида галлия, может быть преобразовано в свет. И, несмотря на неверие и смех многих учёных, эта производительность была доказана Робертом Н. Холлом на этой же конференции.^[1]

Осенью 1962 года, сразу три исследовательские группы в США независимо друг от друга и практически одновременно сообщили о создании первого работающего полупроводникового лазера :

• General Electric (GE) под руководством Роберта Холла (Robert N. Hall).
• IBM Thomas J. Watson Research Center под руководством Маршалла Нейтана (Marshall I. Nathan).
• · MIT Lincoln Laboratory (Роберт Редикер, Роберт Киз и Теодор Квист).^[1]

Все они использовали кристалл арсенида галлия (GaAs) и импульсную накачку при криогенных температурах (охлаждение жидким азотом).

Компании IBM и GE подали заявки на патенты в США в октябре, и в итоге обе получили их.^[1]

Все три учреждения были отмечены наградой IEEE за свою работу.^[1]

Огромный прорыв произошёл в 1970 году, когда Жорес Алфёров разработал двойную гетероструктуру. Она позволила создать эффективную лазерную генерацию в непрерывном режиме при комнатной температуре, что открыло путь к массовому коммерческому использованию. За эти работы Ж. И. Алфёров был удостоен Нобелевской премии в 2000 году.

По типу активной среды полупроводниковые лазеры делятся на лазеры^[2]:

• с объёмной активной областью (3D);
• на основе квантовых ям (2D);
• на основе квантовых проволок (1D);
• на основе квантовых точек (0D).

По типу резонатора полупроводниковые лазеры делятся на лазеры с^[2]:

• внешним резонатором и с собственным резонатором (монолитные);
• резонаторами Фабри – Перо;
• резонаторами с распределённой обратной связью;
• брэгговскими распределёнными зеркалами.

По типу вывода излучения полупроводниковые лазеры делятся на лазеры^[2]:

• излучающие с торцов полупроводникового чипа;
• поверхностно излучающие лазеры (с вертикальным резонатором).

• Алфёров Ж. И. Двойные гетероструктуры: концепция и применения в физике, электронике и технологии (Нобелевская лекция) (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2002. — Т. 172. — С. 1068—1086. — doi:10.3367/UFNr.0172.200209e.1068.
• Грибковский В. П. Полупроводниковые лазеры. — Радиофизика и электроника, 1988.

• Виды лазеров
• Устройство лазера
• Твердотельный лазер
• Лазерный диод
• Лазер с распределённой обратной связью

Это заготовка статьи по физике. Помогите Википедии, дополнив её.

В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску).

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть удалена. Вы можете отредактировать статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок.(27 декабря 2010)