Страница 139 из 161
Разработка полупроводниковых лазеров тормозилась РїРѕ нескольким причинам. Необходимо было разработать РЅРѕРІСѓСЋ технологию для работы СЃ полупроводниками, учитывая, что хорошо разработанная технология для кремния РЅРµ годится. Проблемой также была необходимость работы СЃ короткими импульсами большого тока РїСЂРё РЅРёР·РєРёС… температурах. РџРѕ этой причине РљРџР” лазеров был РЅРёР·РѕРє. Значительный шаг вперед РІ решении этих проблем был сделан РІ 1969 Рі. путем введения гетероструктур, Р’ гетероструктурном лазере простой p-n-переход заменяется многослойной структурой полупроводников разного состава (СЂРёСЃ, 61). Активная область уменьшается РїРѕ толщине, Рё ток, требуемый для лазерной генерации, существенно уменьшается, что соответственно уменьшает выделение тепла. Рто РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє тому, что уже РЅРµ требуется охлаждение, Рё лазер может работать РїСЂРё комнатной температуре.
Рис. 61. Природный лазер в звезде MWC349. Лазерное излучение происходит в диске водорода, ближайшего к звезде, а мазерное излучение получается в более отдаленных областях. �злучение испускается в плоскости, показанной на рисунке, и достигает Земли, которая случайно оказалась лежащей в этой же плоскости
Два фактора сильно способствовали преобразованию полупроводниковых лазеров из лабораторных устройств, работающих при очень низких температурах в практичные оптоэлектронные устройства, способные работать непрерывно при комнатной температуре. Первое исключительное и счастливое сходство решеток, содержащих арсенид алюминия (AlAs) и арсенида галлия (GaAs), что позволяет изготавливать гетероструктуры из слоев разной композиции соединение типа AxGa1xAs. Второе многие важные применения, для которых полупроводниковые лазеры оказываются особенно пригодными из-за их особенностей: малые размеры (несколько кубических миллиметров), высокий КПД (обычно не менее 50%), накачка непосредственно электрическим током, долговечность по сравнению с другими типами лазеров.
РўРѕС‚ факт, что лазер непосредственно накачивается током, позволяет модулировать выходное излучение, простой модуляцией тока. Рта особенность идеальна для систем передачи информации.
Существует ли лазер в природе?
Ответ, РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, РґР°! Лазерное излучение СЃ длиной волны около 10 РјРєРј (типичная линия излучения РґРІСѓРѕРєРёСЃРё углерода, РЅР° которой работают мощные РЎO2 лазеры, находящие широкое применение, РІ частности для механической обработки материалов) было обнаружено РІ атмосферах Марса Рё Венеры РІ 1981 Рі. исследователями РёР· Лаборатории экспериментальной физики Центра управляемых полетов РёРј. Годдарда (РќРђРЎРђ). Рто излучение уже наблюдалось РІ 1976 Рі. студентами Таунса, который стал заниматься проблемой астрофизики, РЅРѕ только РІ 1981 Рі. было установлено, что причиной его является естественный лазер.
Р�нверсная населенность перехода молекулы РґРІСѓРѕРєРёСЃРё углерода, которая составляет значительную часть атмосферы этих планет, получается РІ результате солнечного света, Рё поэтому получается только РЅР° освещенной полусфере. Рто такой же механизм, как Рё РІ лазерах РЅР° РЎO2, построенных РЅР° Земле. РћРЅРё работают РЅР° длине волны 10 РјРєРј Рё используются РІ качестве мощных лазеров для резки Рё сварки металлов Рё РґСЂСѓРіРёС… применений. Линии излучения РІ атмосферах этих планет почти РІ 100 миллионов раз интенсивнее, чем если Р±С‹ газ испускал РёС… РІ условиях термодинамического равновесия РїСЂРё температуре атмосферы. Часть наблюдаемого излучения является излучением, усиленным РІ инверсно населенной среде. Если Р±С‹ можно было поместить РґРІР° зеркала РЅР° орбите РІРѕРєСЂСѓРі этих планет, РјС‹ могли Р±С‹ получить такую же генерацию, которую получаем РІ земных условиях. Возможности реализации лазера РЅР° планетарном масштабе РІРЅРµ нашего понимания, РЅРѕ что будет РІ будущем, РјС‹ РЅРµ знаем. Рти линии излучения оказались полезными для измерения температур Рё ветров РЅР° Марсе Рё Венере.
Космические мазеры, как уже говорилось, были обнаружены много лет назад, и нет причин исключать существование и космических лазеров. Однако для их существования требуется более трудный процесс, поскольку необходимо большие энергии фотонов. В начале 1995 г., группа астрономов зарегистрировала усиленное инфракрасное излучение, приходящее от диска водорода, вращающегося вокруг молодой звезды в созвездии Лебедя, находящейся от нас на расстоянии 4000 световых лет. �нтенсивность излучения на одной из длин волн, по сравнению с соседними длинами волн, показывает наличие вынужденного излучения (рис. 62). Предварительные наблюдения в 1994 г. одной из звезд, обозначенной MWC349, уже показали интенсивное мазерное излучение от ее диска на длинах волн 850 мкм и 450 мкм, испускаемое водородом. �зучение процессов, которые ответственны за это излучение, привело к предположению, что также возможно излучение на менее коротких длинах волн, испускаемое из области диска вблизи звезды.