Лазерный мир

Ученые сумели повысить мощность полупроводниковых лазеров с помощью барьерных слоев, препятствующих утечки электронов из активной зоны прибора, в которой генерируется излучение.

Такие слои не дают заряженным частицам на больших скоростях пролетать мимо, в результате чего они накапливаются и создают более мощный световой импульс.

Предложенный подход позволит заметно увеличить эффективность существующих лазеров, диагностических систем, а также устройств для измерения дальности. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Luminescence.

Электрон не убежит

Российские ученые придумали, как повысить мощность полупроводниковых лазеров. Приборы, излучающие свет с длиной волны около 1550 нанометров в инфракрасном диапазоне, используются для передачи информации на большие расстояния: десятки, сотни и тысячи километров, а также в автомобильных лидарах — устройствах для измерения дальности и получения 3D-изображений окружающего пространства. Также их используют в системах медицинской диагностики и в приложениях, связанных с обеспечением безопасности.

Эти приборы создают из многослойных кристаллических материалов — гетероструктур — на основе твердых растворов из алюминия, галлия, индия и мышьяка, поскольку они способны излучать свет в требуемой области инфракрасного диапазона. Гетероструктуры устроены таким образом, что при подаче напряжения через них в противоположные стороны начинают двигаться частицы-носители электрического заряда. Условно, справа налево перемещаются отрицательно заряженные электроны, а в обратном направлении — положительно заряженные квазичастицы, называемые «дырками».

Чтобы создать максимально мощный лазер, нужно сделать так, чтобы все электроны и «дырки» попадали в активную область и оставались там. Однако на практике некоторые частицы «пролетают» мимо этой зоны — этот процесс называется «утечкой носителей заряда». Специалисты из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург) и Научно-исследовательского института «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха (Москва) создали гетероструктуры на основе твердых растворов алюминия, галлия, индия и мышьяка, в разных частях которых разместили барьерные слои из тройного соединения алюминия–индия–мышьяка. Через такие барьеры частицам оказывается сложно пройти из-за недостатка энергии, и в результате вероятность захвата частиц в активную область приближается к 100%, а тех, которые бы утекали мимо активной зоны, практически не наблюдается.

«Нам удалось установить основную причину потери мощности полупроводниковых лазеров и устранить ее, введя в гетероструктуру барьерный слой для электронов. В дальнейшем мы планируем искать новые варианты самой конструкции лазера, которая позволит еще больше повысить эффективность устройства», — рассказал руководитель проекта, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН Александр Подоскин.

полное содержание на https://rscf.ru/news/presidential-program/usilie-sveta-uchenye-sumeli-povysit-moshchnost-poluprovodnikovykh-lazerov/