Поглощение излучения свободными носителями в активном слое.

Подобно тому как при вычислении коэффициента поглощения гармонического осциллятора учитываются оптические переходы между всей совокупностью бесконечного числа энергетических уровней (§ 13), так и для нахождения коэффициента усиления активной среды необходимо принимать во внимание все переходы, которые индуцирует

генерируемое излучение. Такие переходы между возбужденными уровнями происходят, например, в хелатных соединениях редкоземельных элементов [577], в органических красителях и других веществах.

Поглощение света свободными носителями в полупроводниках играет в процессе генерации такую же роль, как три-плет-триплетные переходы в твердотельных лазерах. Под действием внешнего излучения электрон и дырка могут либо рекомбинировать с испусканием кванта света, либо поглотить квант света и перейти на более высокие энергетические уровни в пределах зоны (§ 10).

Если коэффициент поглощения свободными носителями, а коэффициент усиления, возникающий в результате инверсной населенности в активном слое, то энергетическое условие генерации (19.12) можно представить в виде

Величину можно было бы перенести в правую часть равенства (20.42) и объединить с параметром Тогда новый коэффициент внутренних оптических потерь характеризовал бы кроме других видов потерь и поглощение излучения свободными носителями в активном слое [617]. При вычислении порогового тока не имеет значения, куда включается величина в коэффициент усиления как слагаемое с отрицательным знаком или как добавка к параметру В обоих случаях численные значения порогового тока будут совпадать. Однако представляется нецелесообразно присоединять к параметру величину, явно зависящую от тока.

Поглощение света свободными носителями уменьшает коэффициент усиления в активной среде и обрезает длинноволновый край спектра усиления [601, 608, 622]. Поэтому разность квазиуровней Ферми для электронов и дырок (§ 15), необходимая для получения положительного коэффициента усиления, не может быть меньше некоторого минимального значения зависящего от выбранной модели вещества и температуры. Отсюда следует, что ток инверсии никогда не равен нулю, так же как не равно нулю поглощение свободными носителями в легированном полупроводнике. В собственном полупроводнике может быть пренебрежимо малым. Но в этом случае отсутствуют хвосты зон и, как показано выше, даже при отсутствии поглощения излучения свободными носителями. Поскольку зависит от уровня накачки, то учет этой величины в

(20.42) приводит не только к большим значениям тока инверсии, но и изменяет форму кривой . В формулах аппроксимации (20.22) — (20.26) изменяются параметры хотя сами формулы можно использовать при интерпретации результатов эксперимента.