Глава IV. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЛАЗЕРЫ

§ 19. ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Возникновение новой науки.

Квантовая электроника — наука, изучающая усиление и генерацию электромагнитных волн, устройство, принцип работы и применение квантовых усилителей, генераторов и преобразователей излучения. Ее зарождение относится к концу 1954— началу 1955 г., когда Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым в СССР и Дж. Гордоном, Г. Зейгером и Ч. Таунсом в США был создан первый молекулярный генератор электромагнитных волн диапазона . Рабочим веществом этого генератора (мазера) служил пучок молекул аммиака пролетающих через объемный резонатор.

В 1960 г. Т. Нейман создал первый оптический квантовый генератор (лазер) основе кристаллов рубина — окиси алюминия с примесью ионов хрома замещающих в решетке атомы алюминия. Новый источник света генерировал мощные импульсы монохроматического когерентного света В следующем году А. Джаван, У. Беннетт и Д. Гаррисон построили первый газовый гелий-неоковый лазер работающий в непрерывном режиме. В конце -начале 1963 г. практически одновременно из нескольких научных центров поступили сообщения (§ 20) о получении генерации инфракрасного излучения при инжекции тока через -переход в арсениде галлия.

В дальнейшем была получена генерация света при оптическом и электронном возбуждении полупроводников. Большое количество сведений по истории возникновения квантовой электроники и ее развития за первое десятилетие содержится в работе [568].

Значительным достижением квантовой электроники явилось создание в 1967 г. белорусскими физиками Б. И. Степановым, А. Н. Рубиновым и В. А. Мостовниковым лазеров на растворах органических красителей с перестраиваемой

частотой генерации. Одновременно такие же приборы были созданы в США и ФРГ.

Начиная с 1960 г. за короткий срок получена генерация на сотнях новых объектов. Сюда входят кристаллы, стекла, пластмассы, газы, жидкости, полупроводники. Генерируют пары воды и обычный воздух, ионизованные газы и плазма.

Оптические квантовые генераторы весьма разнообразны по своему устройству, размерам, мощности, спектральным и пространственно-временным характеристикам генерируемого излучения. Труба газового лазера на может быть длиною несколько метров, а размеры лазерного диода составляют обычно доли миллиметра. Импульсная мощность рубинового и неодимового ОКГ на 10—15 порядков больше мощности гелий-неонового лазера. Однако несмотря на все разнообразие, лазеры всех типов имеют много общего. Любой из лазеров условно можно представить состоящим из трех основных частей: активной среды, системы накачки и оптического резонатора. В качестве связующего звена в лазерах применяются различные системы управления. Рассмотрим более подробно основные части лазера.