ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР

1. Полупроводниковый лазер, содержащий гетероструктуру в виде тонкой плоскопараллельной пластины, два зеркала, образующие оптический резонатор с оптической осью, расположенные по обе стороны гетероструктуры, и средство накачки, с помощью которого в гетероструктуре возбуждается объем, имеющий значительно меньший размер вдоль оси резонатора, чем поперек, отличающийся тем, что оптический резонатор содержит, по меньшей мере, один дополнительный поглощающий слой, расположенный перпендикулярно оптической оси в узле моды резонатора, длина волны которой находится в максимуме спектра оптического усиления гетероструктуры.
2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что дополнительный поглощающий слой размещен, по меньшей мере, на одной из поверхностей гетероструктуры.
3. Лазер по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один дополнительный поглощающий слой находится внутри гетероструктуры.
4. Лазер по п.1, отличающийся тем, что гетероструктура содержит активные слои, разделенные барьерными слоями, и все слои ориентированы перпендикулярно оси резонатора.
5. Лазер по п.4, отличающийся тем, что активные слои представляют собой квантовые ямы, являющиеся энергетическими ямами глубиной не менее 25 мэВ, по меньшей мере, для одного из носителей заряда: электронов и дырок.
6. Лазер по п.4, отличающийся тем, что активные слои представляют собой совокупность квантовых линий, являющихся энергетическими ямами глубиной не менее 25 мэВ, по меньшей мере, для одного из носителей заряда: электронов и дырок.
7. Лазер по п.4, отличающийся тем, что активные слои представляют собой совокупность квантовых точек, являющихся энергетическими ямами глубиной не менее 25 мэВ, по меньшей мере, для одного из носителей заряда: электронов и дырок.
8. Лазер по п.4, отличающийся тем, что активные слои помещены в пучности моды резонатора, длина волны которой находится в максимуме спектра усиления.
9. Лазер по п.8, отличающийся тем, что каждый активный слой помещен на расстоянии s от одного из зеркал, которое является одним из решений уравнения
где N(z) - показатель преломления среды, зависящий от расстояния от зеркала, φ - сдвиг фазы на этом зеркале, λ - длина волны генерации лазера.
1
10. Лазер по п.1, отличающийся тем, что каждый дополнительный поглощающий слой помещен на расстоянии s от одного из зеркал, которое является одним из решений уравнения
где N(z) - показатель преломления среды, зависящий от расстояния от зеркала, φ - сдвиг фазы на этом зеркале, λ - длина волны генерации лазера.
11. Лазер по п.4, отличающийся тем, что активные слои имеют толщину 0,3-10 нм.
12. Лазер по п.1, отличающийся тем, что дополнительные поглощающие слои имеют толщину 0,3-10 нм.
13. Лазер по п.4, отличающийся тем, что гетероструктура является периодической с периодом, кратным λ/2N, где λ - длина волны генерируемого излучения, а N - средний показатель преломления по периоду структуры.
14. Лазер по п.13, отличающийся тем, что период гетероструктуры меньше удвоенной длины диффузии неравновесных носителей в барьерных слоях.
15. Лазер по п.4, отличающийся тем, что активные, барьерные и дополнительные поглощающие слои гетероструктуры имеют одинаковый период кристаллической решетки в плоскости слоев.
16. Лазер по п.15, отличающийся тем, что активные, барьерные и дополнительные поглощающие слои гетероструктуры упруго напряжены из-за различия в периодах кристаллической решетки материалов, из которых изготовлены эти слои, в свободном состоянии, и эти упругие напряжения взаимно скомпенсированы в пределах одного периода гетероструктуры.
i
17. Лазер по п.1, отличающийся тем, что число N и коэффициенты поглощения α дополнительных поглощающих слоев выбираются из условия:
i
где h - толщина i-го слоя, Los - потери резонатора за один обход.
18. Лазер по п.1, отличающийся тем, что дополнительные поглощающие слои размещены внутри гетероструктуры, содержащей активные слои, заключенные между барьерными слоями, имеющими ширину запрещенной зоны больше ширины запрещенной зоны активных слоев, по меньшей мере, на 25 мэВ, и дополнительные барьерные слои, имеющие ширину запрещенной зоны больше ширины запрещенной зоны барьерных слоев, по меньшей мере, на 25 мэВ и расположенные между барьерными слоями и дополнительными поглощающими слоями, причем все слои гетероструктуры ориентированы перпендикулярно оси резонатора.
19. Лазер по пункту 18, отличающийся тем, что дополнительные барьерные слои имеют толщину 1-10 нм.
20. Лазер по п.18, отличающийся тем, что все слои гетероструктуры имеют одинаковый период кристаллической структуры в плоскости слоев.
21. Лазер по п.20, отличающийся тем, что активные, барьерные, дополнительные поглощающие и дополнительные барьерные слои гетероструктуры упруго напряжены из-за различия в периодах кристаллической решетки материалов, из которых изготовлены эти слои, в свободном состоянии, и эти упругие напряжения взаимно скомпенсированы.
22. Лазер по п.1, отличающийся тем, что область возбуждения активной среды имеет размер вдоль оси резонатора в диапазоне 0,05-10 мкм.
23. Лазер по п.1, отличающийся тем, что область возбуждения активной среды имеет размер, по меньшей мере, в одного направления, перпендикулярном оси резонатора, превышающий размер вдоль оси резонатора более чем в 100 раз.
24. Лазер по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно из зеркал выполнено в виде зеркального покрытия, нанесенного на одну из поверхностей гетероструктуры.
25. Лазер по п.4, отличающийся тем, что активные и барьерные слои выполнены по меньшей мере из двух полупроводниковых материалов группы А2В6 или группы А3В5.
26. Лазер по п.18, отличающийся тем, что дополнительные барьерные слои выполнены из полупроводниковых материалов группы А2В6 или группы А3В5.
27. Лазер по п.18, отличающийся тем, что дополнительные поглощающие слои, размещенные внутри гетероструктуры, выполнены из материалов группы А2В6 или группы A3В5, сильно легированных атомами переходных металлов или других элементов, в присутствие которых в поглощающих слоях преобладает безызлучательная рекомбинация неравновесных носителей заряда.
1
28. Лазер по п.18, отличающийся тем, что дополнительные поглощающие слои, размещенные внутри гетероструктуры, имеют одинаковые размеры и выполнены из одного материала, способного при оптической накачке создать оптическое усиление на длине волны λ.
29. Лазер по п.1, отличающийся тем, что дополнительные поглощающие слои, размещенные вне гетероструктуры, выполнены из Si, Ge или металла.
30. Лазер по п.24, отличающийся тем, что зеркальное покрытие является эпитаксиальным брэгговским отражателем, выполненным из полупроводниковых материалов группы А2В6 или группы А3В5.
31. Лазер по п.1, отличающийся тем, что лазер выполнен в виде отпаянной вакуумированной колбы, в одном конце которой размещено средство накачки в виде электронной пушки, формирующей электронный пучок, распространяющийся вдоль электронно-оптической оси колбы, в другом конце - два зеркала и гетероструктура между ними, одна из поверхностей которой пересекается электронно-оптической осью колбы.
32. Лазер по п.1, отличающийся тем, что средством накачки является лазер с энергией кванта излучения, превышающей ширину запрещенной зоны барьерных слоев гетероструктуры, который снабжен оптической системой, направляющий луч лазера на одну из поверхностей гетероструктуры для формирования области возбуждения.