Способ формирования световых импульсов полупроводникового лазера

 

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА , включающий накачку полупроводникового монокристалла изуч-ением, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности,формируемых световых импульсов при неизменной длительности накачки, накачку производят, по крайней мере, двумя одновременно действующими пучками излучения, размер каждого из которых не превышает двадцати толщин возбуждаемой области монокри- , сталла в направлении, не совпадакяцем с направлением генерации, действующим на различные области полупроводникового монокристалла, не имеющие общих границ одна с другой и расположенные на расстоянии, не превышающем десяти длин пробега возбуждающего излучения в. монокристалле, причем уровень накачки выбирают в пределах, от порогового до стократного превышения над пороговым зна (Л чением.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

22 A (19) (П) 4(51) Н 01 S 3 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

rIO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИЙ

r!r::

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ Ц.

Н АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЖВ,„,, (21) 3250780/18-25 (22) 17.02.81 (46) 30.01.85. Бюл. М 4 (72) М.Д.Тарасов, В.A.Êîâàëåíêî и Ю.Г.Паниткин (53) 6.21. 375, ° 8 (088. 8) (56) 1.Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках. М., Мир, 1973, с.410-412.

2.Богданкевич О.В. Полупроводниковые лазеры. М., Наука,1976, с.367 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛА3ЕРА, включающий накачку полупровод.никового монокристалла изучением, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью сокращения длительности,формируемых световых импульсов при неизменной длительности накачки, накачку производят, по крайней мере, двумя одновременно действующими пучками излучения, размер каждого из которых не превышает двадцати толщин возбуждаемой области монокристалла в направлении, не совпадающем с направлением генерации, действующим на различные области полупроводникового монокристалла, не имеющие общих границ одна с другой и расположенные на расстоянии, не превышающем десяти длин пробега возбуждаюЪ щего излучения в. монокристалле, причем уровень накачки выбирают в пределах от порогового до стократного превышения над пороговым значением.

1072722

Изобретение относится к способам формирования световых импульсов продолжительностью в десятые доли наносекунды. С его помощью могут быть изготовлены простые приборы для калибровки фотоэлектронных умножителей, Фотоэлементов и других измерителей света, регистрирующих процессы, длящиеся десятки и сотни пикосекунд.

Известен способ Формирования све-. товых импульсов полупроводникового лазера, включающий образование ак;тивного волновода под действием накачки jl) .

Наиболее близок по своей технической сущности к предлагаемому способ формирования световых импульсов полупроводникового лазера, включающий накачку полупроводникового монокристалла импульсами излучения с управляемой длительностью f2) .Получению коротких импульсов способстнуют малые времена установления режима генерации в полупроводниках.

Однако создание импульсных источников накачки, работающих с временами в десятые доли наносе- кунды, является сложной технической задачей. Так, например, стационарные генераторы быстрых и реля тнвистских пучков электронов обычно ймеют продолжительность импульсов от двух до 20-30 НС.

Цель изобретения — сокращение длительности Формируемых световых импульсов при неизменной длительности накачки.

Указанная цель достигается тем,. что в способе формирования световых импульсов полупроводникового лазера, включающем накачку полупроводникового монокристалла излучением, накачку производят, па крайней мере, двумя одновременно действующими пучками излучения,pasмер каждого из которых не превышает двадцати толщин возбуждаемой области монокристалла в направлении, не совпадающем с направлением генерации, действующим на различные области полупроводникового монокристалла, не имеющие общих границ одна с другой и расположенные на расстоя нии, не превышающем десяти длин пробега возбуждающего излучения в монокристалле, причем уровень накач ки выбирают в пределах от порогово" го до стократного превышения над пороговый значением.:

На фиг.l представлена Форма световых импульсов образца GaAS в зависимости от тока накачки ускори-. теля электронов РИУС-5 с возбуждением через диафрагму с отверстием

5 !

О

65 диаметром 1,5 мм. Энергия электронов s пучке до 2,2 10 эВ получена н устройстве прототипе.

На фиг.2 представлена форма световых импульсон образца GaAS в зависимости от тока накачки ускорителя РИУС-5 с возбуждением через диафрагму с шестьюдесятью отверстиями диаметром 1 мм и расстоянием между краями ближайших отверстий 1 мм.

На фиг.З представлена форма светового импульса образца CdS возбуждаемого электронами генератора ГТИ-7 через диафрагму с двадцатью отверстиями диаметром 0,3 мм и расстоянием между краями ближайших отверстий 0,.3 мм.

На фиг.4 представлен один из возможных вариантов устройства, реализующих данный способ.На фиг. 4 изображен источник накачки 1, перничный поток возбуждающего излучения 2, экран 3 из материала, непрозрачного для излучения;.отверстия 4 в экране, полупроводниковый кристалл 5 с резонатором возбуждаемые области б в кристалле; световой импульс. 7.

Устройство работает следующим образом.

Источник накачки 1 создает поток возбуждающего излучения 2,который после прохождения через экран 3 делится на несколько пучков излучения, одновременно накачиэающих отдельные возбуждаемые области н кристалле. В результате происходит генерация коротких световых импульсов, которая происходит за счет изменения направления генерации света а возбуждаемых областях.

Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом.

Пример 1. Кристалл GaAS,. толщина 0,8 мм, диаметр 20 мм, резонатор с зеркалами на френелевском отражении. Накачка релятивистскими электронами ускорителя РИУС-5. Плотйость электронного Фока накачки в плоскости полчпвоноцникового кристалла 250 A,см . Максимальная энергия электронов 2,2 ° 10 эВ. В опытах применялись два экрана: с одним отверстием диаметром 1,5 мм и бО-ю от верстиями диаметром l мм, что способствует 1,25 толщины активной области, и расстоянием между краями ближайших отверстий 1 мм, что соответствует 0,3 пробега возбуждающих электронов в GaAS. В первом случае длительность лаеерной вспышки близка к длительности электронного импульса и составляла 19 нс на полувысоте (см.фиг.l, третья кривая снизу). При использовании экрана с б0-ю отверстиями была зарегистрироВаиа длительность вспышки 1,8 нс

1072722 (см.фиг.2, пятая кривая снизу).

Истинная длительность с учетом разрешающего времени регистрирующего тракта (коаксиальный фотоэлемент

ФЭК-14, 25 м высокочастотного кабеля РК-75-9-12, осциллограф б ЛОР-04) не превышала 0,5 нс.

Пример 2. Кристалл CdS толщиной 0,05 мм, диаметром 20 мм на .,сапфировой подложке, полупрозрачное зеркало нанесено на наружную.поверхность сапфира. Облучение производилось со стороны, глухого зеркала, нанесенного на поверхность кристалла.

Облучатель-генератор однократных электронных импульсов ГТИ-7 с длительностью электроного тока на полувысоте (7 - 8) ° 10 ) с и энергией электронов 0,5 10 эВ. Преобразо6 ванне лазерного света в импульс тока осуществлялось скоростным фотоэлементом СДФ-12. Запись сигналов производилась на осциллографе СРГ-5.

При использовании экрана с 20-ю отверстиями диаметром 0,3 мм, что соответствует б толщинам активной области, и расстоянием между ближайшими отверстиями 0,3 мм, что соответствует 1,6 пробега возбуждающих электронов в CdS, измеренная длительность лазерной вспышки на полувысотеоказалась 7 "10 юс (см.фиг.3) . C учетом разрешающего времени реальная длительность Ь с 5 10 с При той же плотности тока (J=100 A см ) и постановке экрана с одним отверстием диаметром 0,3 мм длительность световых импульсов была близка к длительности накачки б 10 с.

Пример 3. Прибор для полу» чения калибровочных световых вспышек субнаносекундного диапазона. Осно ва — стандартный портативный рентгеновский аппарат МИРА-2Д производ- ства ленинградского завода Буревестник . Рентгеновская трубка аппарата заменена импульсной электронной трубкой объединения Светлана типа ИМА-3-150э с бериллиевым окном толщиной 150 мкм. Энергия электронов в атмосфере а 100 кэВ, плотность тока в плоскости полупроl0 водниковых образцов 100 А см .

Длительность электронного импульса на полувысоте 2,5 нс. Ддя изменения продолжительности световой вспышки перед входным окном трубки

15 расположено устройство, позволяющее вводить в пучок крйсталлы CdS, снабженные диафрагмой с одним отверстием или экраном с 20-ю отверстиями. Диаметр отверстий и промежутки между ними выполнены так же, как в примере 2. Таким путем оказалось возможным получать световые вспышки с длительностью в 2 нс при одном ..отверстии и менее 0,5 нс при 20 отверстиях на длине волны 526 нм.

Использование описываемого способа обеспечивает по сравнению с существующими способами .следующие .

30 а) возможность получения субнаносекундных световых импульсов независимо от длительности импульса накачки; б) пРименение промышленных образцов генераторов излучения (например, аппарата NHPA-2Д с электронной трубкой ИМА-3-150Э); в) исключение дополнительных устройств (напрнмер, нелинейных

40 оптических элементов), управляющих длительностью лазерной вспышки.

1072722 он=21 1О дт

3н--430À си 2

1072222 иа

Редактор С.Титова Техред A.Бабинец Корректор Л.Пилипенко

Заказ 144/4 Тирам 638 . Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал,ППП Патент, г.Укгород, ул.Проектная, 4