7.5. Другие типы ПКГ

7.5.1. ПКГ с электронным возбуждением

Инжекционные ПКГ имеют ряд существенных преимуществ перед другими типами генераторов: высокий к. п. д. (близкий к прямое преобразование электрической энергии в когерентное излучение, простота модуляции излучения путем модуляции накачки, миниатюрные габариты и вес. Однако последнее ограничивает возможности получения больших мощностей. Если в других ОКГ мощность излучения можно повысить. увеличив объем активной среды, то в инжекционных ПКГ активная область ограничена плоскостью перехода. К тому же, как указывалось, трудности создания переходов в некоторых полупроводниковых соединениях делают пока невозможным создание ПКГ в коротковолновой области оптического диапазона.

Эти недостатки инжекционных ПКГ устранены в с электронным возбуждением, которые были впервые разработаны и осуществлены в 1964 г. Н. Г. Басовым, О. В. Богданкевичем и А. Н. Девятковым. В первом ПКГ с электронным возбуждением (рис. 7.23) был попользован резонатор из сульфида кадмия излучающий зеленый свет. Резонатор охлаждали до температуры жидкого гелия. Сейчас уже изготовлены подобные ПКГ, работающие при комнатной температуре.

Быстрые электроны (0,5 МэВ), сфокусированные в тонкий пучок, попадают на сколотую поверхность резонатора диаметром доли миллиметра. При столкновении они теряют энергию, переводя электроны из. валентной зоны в зону проводимости. Таким образом в резонаторе образуется слой вещества с инверсной населенностью, толщина которого зависит от энергии падающих электронов и обычно составляет до двух десятков микрон. Глубина проникновения быстрых

электронов в полупроводник определяется по формуле

где — энергия электронов, МэВ; — плотность вещества,

Например, для арсенида галлия электроны с энергией проникают на глубину 0,1 мм, т. е. в сто раз больше, чем толщина излучающей области в переходе.

Рис. 7.23. Схема ПКГ с электронным возбуждением: 1 — дюар с жидким гелием; 2 — окно; 3 — полупроводниковый кристалл; 4 — электронная пушка; 5 — фокусирующая линза; 6 — поток электронов

После превышения порога возбуждения из этого активного слоя испускается излучение, энергия которого составляет лишь 1/3 от исходной энергии пучка электронов. Две трети энергии теряется на тепловые колебания кристаллической решетки. Общий к. с электронным возбуждением составляет около 20%, т. е. ниже, чем у инжекционных ПКГ. Однако возможность возбуждения большего объема вещества позволяет получать и большую мощность (порядка

Список материалов, применяемых в ПКГ с электронным возбуждением, приведен в табл. 7.1. Обычно используют арсенид галлия -типа плоский кристалл размером 1 мм с расстоянием между плоскостями резонатора примерно 200 мкм. Кристалл прикрепляют к холодной стенке криосгата под углом к направлению потока электронов. Пороговая плотность электронного тока 1 А/см2 при энергии около продолжительность импульса частота повторения 1 000 Гц, диаметр облучаемой области 0,5 мм.

Таблица 7.1 Материалы для ПКГ с электронным возбуждением

Применение внешних зеркал резонатора позволяет улучшить характеристики излучения ПКГ и повысить выходную мощность до сотен киловатт.