823

Лазером называется устройство, создающее вынужденное (индуци­ руемое или стимулированное) когерентное излучение. В качестве коге­ рентного излучателя в лазерах могут быть использованы смеси газов, ру­ бин и полупроводниковый материал. Полупроводниковые лазеры имеют меньшие размеры, более высокий КПД и возможность прямого преобразо­ вания электрической энергии в когерентное излучение. Другое название лазеров - оптические квантовые генераторы (ОКГ).

Рассмотрим принцип работы полупроводникового ОКГ В обычных условиях в полупроводниковом материале на более высоких энергетиче­ ских уровнях число электронов всегда меньше, чем на более низких. Меж­ ду этими уровнями всегда происходит непрерывный обмен электронами. При этом переход с нижнего уровня на верхний сопровождается поглоще­ нием энергии, а с верхнего на нижний - излучением энергии. Поскольку нижние энергетические уровни имеют большую плотность электронов, а верхние - меньшее заполнение, то получается, что вероятность поглоще­ ния энергии больше, чем вероятность ее излучения при переходе электрона с высокого энергетического уровня на низкий. Поэтому при равновесном состоянии полупроводниковый материал не может генерировать или уси­ ливать электромагнитные колебания. Следовательно, чтобы полупровод­ ник стал усиливать электромагнитные излучения, необходимо нарушить это состояние и искусственно создать такое состояние, при котором коли­ чество электронов на верхних уровнях энергии будет больше, чем на ниж­ них. Такое состояние называется состоянием с инверсной заселенностью. Процесс образования такого состояния называется накачкой. Инверсию населенности лазера, или накачку, можно получить разными способами: с помощью инжекции носителей при прямом включении /?-и-перехода (инжекционные лазеры), с помощью бомбардировки кристалла пучком быст­ рых электронов (лазеры с электронным возбуждением) либо путем возбу­ ждения атомов световым потоком (лазеры с оптической накачкой). Для ра­ боты лазера с оптической накачкой требуется мощный источник света, та­ ким источником служит диэлектрический рубиновый лазер, а полупровод­ никовым материалом - кристалл арсенида галлия.

Исключительно большие скорости переключения лазера позволяют создавать сверхбыстродействующие электронные устройства, увеличивать плотность передачи информации по оптоволоконному кабелю.

ill