История лазера. Научное издание
Шрифт:
Р–. Панков РёР· RCA провел 19561957 РіРі. РІ Париже, работая СЃ РРіСЂСЌРЅРѕРј. Возвратившись РёР· Франции, РѕРЅ начал исследования, РЅРѕ без финансовой поддержки, поскольку начальство РЅРµ рассматривало полупроводниковые лазеры выгодным объектом. Р’ январе 1962 Рі. РЅР° конференции Американского Физического Общества Панков РѕР±СЉСЏРІРёР» Рѕ наблюдении рекомбинационного излучения РёР· переходов арсенида галлия. РњСЌР№Р±СѓСЂРі почувствовал, что его РјРѕРіСѓС‚ опередить, Рё СѓРґРІРѕРёР» усилия.
В IBM, после семинара с Мэйбургом, теоретик Г. Лашер стал изучать вопрос, как сделать резонатор для полупроводникового лазера, а в то же время в соседней лаборатории в Йорктаун Хейтс М. Думке стал размышлять, как сделать лазер на арсениде галлия.
В июле 1962 г. результаты
РќР° этом этапе четыре РіСЂСѓРїРїС‹ пустились РІ РіРѕРЅРєСѓ. Р . Холл РёР· GE принимал участие РІ конференции РІ РќСЊСЋ-Гемпшире Рё был поражен представленными результатами. РќР° него сильное впечатление произвела высокая эффективность излучения p-n-переходов арсенида галлия, Рё, возвращаясь, РѕРЅ еще РІ поезде стал делать расчеты Рё размышлять, как получить резонатор ФабриПеро. Рдея была: взять p-n-переход, обрезать Рё отполировать его грани. Холл был астрономом-любителем Рё РІ школе сам построил телескоп, РѕРЅ знал, как можно отполировать оптические компоненты. Р’ настоящее время резонаторы полупроводниковых лазеров получают скалыванием кристалла РІ нужном направлении, РЅРѕ РІ то время РѕРЅ РЅРµ знал Рѕ такой методике. После некоторых обсуждений РѕРЅ получил разрешение начальства начать работу над проектом. Принципиальной трудностью было изготовление перехода GaAs, который должен был удовлетворять определенным критериям, Р° именно, сильно допирован. Вторая трудность была вырезать Рё отполировать грани так, чтобы РѕРЅРё были параллельными РґСЂСѓРі РґСЂСѓРіСѓ. Затем следовало пропустить очень большой ток через переход, чтобы инжектировать достаточное число электронов. РўРѕРє должен был быть РІ РІРёРґРµ импульса СЃ короткой длительностью, чтобы РЅРµ расплавить образец. Чтобы предотвратить чрезмерный СЂРѕСЃС‚ температуры, следовало использовать охлаждение жидким азотом (77 Рљ).
Хотя Холл был последним, включившимся в гонку, он оказался первым, правда на короткое время, и получил в сентябре 1962 г. первый лазерный диод. Бернард (из Франции) несколько раз посещал лабораторию Холла, обсуждая возможность полупроводниковых лазеров. Во время одного из визитов он появился как раз, когда группа Холла получила результат, но еще не оформила его для публикации. Поэтому достижение держалось в секрете. У Холла возникла проблема, как обсуждать возможность сделать лазер, не сообщая Бернарду, что он уже работает в соседней комнате.
Конференция в Нью-Гемпшире вдохновила также Н. Холоньяка из GE, эксперта по арсениду галлия. Когда первый диод заработал, почти одновременно несколько групп объявили о лазерном действии на p-n-переходах GaAs. Во всех случаях использовалось охлаждение до 77 К, а накачка производилась импульсами тока высокой интенсивности с короткой длительностью (несколько микросекунд). О лазере группы GE было объявлено в работе от 24 сентября 1962 г.; о втором лазере группы М. Натана из IBM Йорктаун Хейтс было объявлено 4 октября; а о третьем из Линкольновской лаборатории MIT 23 октября. Холоньяк сообщил о своем лазере 17 октября. Все эти лазеры были сделаны на переходе арсенида галлия, охлаждались жидким азотом, и накачивались интенсивными импульсами тока длительностью несколько микросекунд.
Устройство Холла (рис. 60) представляло куб со стороной 0.4 мм, с переходом, расположенным в горизонтальной плоскости, в центре. Передняя и задняя грани были отполированы параллельно друг к другу и перпендикулярно к плоскости перехода, образуя резонатор ФабриПеро (арсенид
Рис. 60. Схема полупроводникового лазера на p-n-переходе простейшего типа. Лазерное излучение испускается в тонком активном слое между p и n зонами, и отражается взад и вперед параллельными гранями F1, F2, которые действуют как зеркала резонатора
Натан работал СЃ несколько отличной системой, используя переход без резонатора. РџРѕСЂРѕРі, достигаемый РїСЂРё температуре жидкого азота, очевидно, был выше между 10 000 Рё 100 000 Рђ/СЃРј2. Рў. РљРІРёСЃС‚ РёР· MIT использовал структуру 1,4x0,6 РјРј2 СЃ отполированными короткими гранями. РџСЂРё температуре жидкого азота РїРѕСЂРѕРі был около 1000 Рђ/СЃРј2. Наконец, Холоньяк использовал переход соединения арсенида галлия СЃ фосфидом. Рспользуя этот материал, удалось получить генерацию РїСЂРё 60007000 Рђ/СЃРј2 вместо 8400 Рђ/СЃРј2, РєРѕРіРґР° использовался простой образец GaAs.
Р’ Р РѕСЃСЃРёРё (РЎРЎРЎР ), РІСЃРєРѕСЂРµ после создания лазеров РІ РЎРЁРђ, Р’.РЎ. Багаев, Рќ.Р“. Басов, Р‘.Рњ. Р’СѓР», Р‘.Р”. Копыловский, Рћ.Рќ. РљСЂРѕС…РёРЅ, Р®.Рњ. РџРѕРїРѕРІ, Рђ.Рџ. Шотов Рё РґСЂ. создали лазерный РґРёРѕРґ РІ Р¤РРђРќРµ. Ртот результат обсуждался РЅР° 3-Р№ Международной конференции РїРѕ квантовой электронике РІ Париже, РІ 1963 Рі.
Первые лазеры делались РёР· РѕРґРЅРѕРіРѕ Рё того же материала СЃ переходом между n Рё p частями. РћРЅРё имели высокие РїРѕСЂРѕРіРё. Р’ 1963 Рі. X. Кромер предложил использовать гетеропереходы, РІ которых полупроводник СЃ относительно СѓР·РєРѕР№ запрещенной Р·РѕРЅРѕР№ располагается между РґРІСѓРјСЏ слоями полупроводника СЃ более широкими запрещенными зонами (СЃСЌРЅРґРІРёС‡-структура). Р’ то же время аналогичное предложение сделали Р–.Р. Алфёров Рё Р .Р¤. Казаринов РёР· Физико-технического института РёРј. Рђ.Р¤. Роффе (Рі. Ленинград). Р РѕСЃСЃРёР№СЃРєРёРµ ученые РЅРµ опубликовали СЃРІРѕРµ предложение. Прошло шесть лет, прежде чем РІ Bell Labs Рё РІ RCA были разработаны первые гетероструктурные лазеры. Рљ тому времени Алфёров Рё его сотрудники разработали более сложные многослойные структуры, которые сегодня известны как лазеры СЃ РґРІРѕР№РЅРѕР№ гетероструктурой. Усилия Р–. Алфёрова Рё X. Кромера были отмечены Нобелевской премией РїРѕ физике РІ 2000 Рі. Р·Р° разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых РІ высокоскоростной электронике Рё РІ оптоэлектронике вместе СЃ Джеком Килби Р·Р° его вклад РІ изобретение интегральной схемы.
Р–.Р. Алфёров родился РІ Витебске (Белоруссия) РІ 1930 Рі. РћРЅ окончил Рлектротехнический институт РёРј. Р’. Р. Ленина (Ленинград) РІ 1952 Рі. Рё РІ 1953 Рі. поступил РІ Физико-технический институт. РЎ 1987 Рі. РѕРЅ директор этого института. Алфёров академик Р РђРќ Рё депутат Государственной Думы.
Герберт Кромер родился в Веймаре (Германия) в 1928 г. и получил докторскую степень в университете Гёттингена в 1952 г. за диссертацию, посвященную только появившимся тогда новым транзисторам. В 1968 г. он стал работать в университете Колорадо, а с 1976 г. в университете Калифорнии (Санта Барбара).