Главная - Основные достижения и публикации - Полупроводниковые лазеры

Полупроводниковые лазеры

1. Полупроводниковые лазеры, возбуждаемые электронным пучком и электрическим разрядом.
В 1967 г. была изобретена и изготовлена первая лазерная электронно-лучевая трубка  с полупроводниковым экраном (ЛЭЛТ)   [ 1 ]. ЛЭЛТ обеспечивала в 10 000 раз более высокие световые потоки по сравнению с бытовыми телевизорами. В дальнейшем разработка ЛЭЛТ была продолжена отечественной промышленностью (НПО «Платан»)  и компанией «Principia optics» (США). По данной тематике получено более десятка отечественных и зарубежных патентов. На основе ЛЭЛТ в ФИАН-е был создан первый в мире цветной лазерный проекционный  телевизор с экраном площадью 12м2. Основные достижения в этом направлении приведены в [1-5]. В 1976г в прямозонных полупроводниковых соединениях типа А2В6 и А3В5 была получена генерация лазерного излучения под действием электрического поля [6 ]. Успехи  в технике формирования ультракоротких импульсов высокого напряжения позволили продолжить  исследования в данном направлении [7-13]. Совместно с сотрудниками Института электрофизики УрО РАН создана оригинальная аппаратура (рис 1 ) для возбуждения полупроводников пикосекундными импульсами (τ=10-9-10-10c,U=200кВ, I=1kA)   электронного пучка и электрического поля [8,10]. Показано, что в этом случае, значительную роль  могут играть убегающие электроны [12]. В спектральном диапазоне 480-700нм  достигнута генерация лазерного излучения с минимальной длительностью 10пс и максимальной мощностью до 10кВт. В 2010г получен патент на новый тип электроразрядного полупроводникового   лазера (рис. 1)  [9]. Впервые на электроразрядных п/п лазерах с активной средой из твердых растворов А2В6 удалось получить последовательную генерацию на нескольких спектральных линиях в видимом диапазоне спектра [11]. 2013г создан новый тип электроразрядного п.п. лазера с фоконной лазерной мишенью [ 13 ].

Рис.1. Внешний вид экспериментальной установки  для возбуждения полупроводников пикосекундными импульсами электронного пучка и электрического поля. 1– испытательная камера, 2 – волоконно-оптический кабель, 3 – ФЭК, 4 – импульсный генератор РАДАН 303, 5 – субнаносекундный преобразователь (слайсер).

а)б)

Рис.2 Электроразрядный  полупроводниковый лазер (ЭПЛ) из ZnSe ( λ=480нм).
(а)- схема, (б)- ближняя зона излучения. Диаметр,  генерирующей  точки ~200 мкм.

  
а)
б)в)

Рис.3  Лабораторный макет фоконного электроразрядного  полупроводникового лазера (а),  ближняя(б) и  дальняя (в)  зоны излучения лазерной мишени из СdSхSe1-x(λ=572нм) ). Диаметр ближней зоны 3мм, расходимость α ≈50. Длительность излучения 1нс, мощность 3кВт.

Применение фокона позволило: развязать от высокого напряжения выходную оптику, увеличить изображение ближней зоны излучения и уменьшить расходимость  излучения. На рис. 4 показан лабораторный макет фоконного лазера, фото ближней и дальней зон. Максимальная мощность излучения достигала 3кВт при длительности импульса ~1нс .

C целью продвижения в длинноволновую область спектра (1-10мкм) разработана технология легирования монокристаллов А2В6 переходными металлами. Совместно с сотрудниками Одесского университета и ИОФРАН исследованы оптические характеристики таких кристаллов и показана возможность получения лазерного излучения в режиме поперечной оптической накачки полупроводника, легированного переходным металлом [14].

Публикации по исследованиям п. 1

  1. Н.Г.Басов, О.В. Богданкевич, А.С. Насибов. Лазерная Электронно - лучевая трубка //Авт. Свид №В 3172 (270100)  и патенты ФРГ, Франция, Австрия, Италия, США. Приоритет от 20.02. 1967г.
  2. А.С.Насибов, В.П. Папуша, В.И.Козловский. Электронно-лучевая трубка с лазерным экраном //Квантовая электроника,3,534,(1974).
  3. А.С. Насибов. На пути к электронному кинематографу //Радио,6,15, (1978).
  4. А.С. Насибов. Лазерная ЭЛТ - новый прибор квантовой электроники.// Вестник АН СССР. 9,48-56, (1984)
  5. A.S. Nasibov et al. Full color TV projector basedon A2B6 electron-beam pumped semiconductor lasers/ Journal of Cristal Growth 117,1040-1045(1992) 
  6. Н.Г.Басов и др.  Стримерные лазеры на твердом теле //ЖЭТФ,70,5,1751-1761, (1976).
  7. Г.А.Месяц  и др. Люминесценция и генерация лазерного излучения  в монокристаллах селенида цинка  и сульфида кадмия под действием субнаносекундных импульсов высокого напряжения .//ЖЭТФ,133,6,1162-1168 (2008).
  8. А.С. Насибов и др. Экспериментальная установка для возбуждения  полупроводников и диэлектриков пикосекундными импульсами электронного  пучка и электрического  поля//ПТЭ,1,75-84,(2009)
  9. К.В.Бережной и др. Полупроводниковый электроразрядный лазер // Патент РФ №2393602 (2010)
  10. К.В.Бережной и др. Установка для регистрации пикосекундной   динамики излучения полупроводниковых мишеней в газовом диоде//ПТЭ,2,273-278,(2010)
  11. А.С.Насибов и др. Лазерное излучение  CdZnS полупроводниковой мишени газового диода// КСФ,38,4,17-22, (2011)
  12. К.В.Бережной, и др. Излучение полупроводниковой мишени газового диода, возбуждаемой электронным пучком//Квантовая электроника, 42,1,    (2012).
  13. А.С.Насибов и др.  Электроразрядный полупроводниковый лазер на соединениях А2В6 с фоконной вставкой.// КСФ,40 ,4,25-34, (2013) 
  14. Н.И. Ильичев и др. Суперлюминесцентный ИК излучатель на кристалле ZnSe:Fe2+// Квантовая электроника. 38, 2,95, (2009)