ГЕТЕРОЛА́ЗЕР

ГЕТЕРОЛА́ЗЕР, по­лу­про­вод­ни­ко­вый ла­зер на ос­но­ве ге­те­ро­ст­рук­тур. Впер­вые соз­дан на ге­те­ро­ст­рук­ту­ре GaAs–(Al, Ga)As в СССР (Ж. И. Ал­фё­ров с со­труд­ни­ка­ми, 1968), а за­тем в США (1969). Наи­бо­лее ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся ин­жек­ци­он­ные Г., в ко­то­рых ак­тив­ной сре­дой яв­ля­ет­ся уз­ко­зон­ный слой ге­те­ро­ст­рук­ту­ры, пред­став­ляю­щий со­бой по­лу­про­вод­ник с вы­со­ким кван­то­вым вы­хо­дом из­лу­ча­тель­ной ре­ком­би­на­ции. Спектр из­лу­че­ния Г. оп­ре­де­ля­ет­ся ши­ри­ной за­пре­щён­ной зо­ны уз­ко­зон­но­го по­лу­про­вод­ни­ка и за­ни­ма­ет диа­па­зон от 0,4 мкм до не­сколь­ких де­сят­ков ми­кро­мет­ров. Ме­няя по­тен­ци­аль­ные барь­е­ры на гра­ни­цах с бо­лее ши­ро­ко­зон­ным по­лу­про­вод­ни­ком и по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния на гра­ни­це сло­ёв, мож­но управ­лять об­ла­стью ло­ка­ли­за­ции не­рав­но­вес­ной элек­трон­но-ды­роч­ной плаз­мы и све­то­во­го по­ля в ге­те­ро­ст­рук­ту­ре.

Пер­вые низ­ко­по­ро­го­вые Г. бы­ли реа­ли­зо­ва­ны на ос­но­ве двой­ной (с дву­мя ге­те­ро­пе­ре­хо­да­ми) ге­те­ро­ст­рук­ту­ры (ДГС) с ак­тив­ным сло­ем из уз­ко­зон­но­го по­лу­про­вод­ни­ка, за­клю­чён­ным ме­ж­ду дву­мя ши­ро­ко­зон­ны­ми. Сов­па­де­ние об­лас­ти ин­верс­ной на­се­лён­но­сти и об­лас­ти све­то­во­го по­ля по­зво­ля­ет дос­ти­гать ге­не­ра­ции из­лу­че­ния при ма­лом то­ке на­кач­ки. Не­рав­но­вес­ные но­си­те­ли мож­но ло­ка­ли­зо­вать в зна­чи­тель­но мень­шей об­лас­ти, чем све­то­вое по­ле. Так, в ДГС-ла­зерах тол­щи­ну уз­ко­зон­но­го ак­тив­но­го слоя уда­ёт­ся до­ве­сти до раз­ме­ров дли­ны вол­ны де Брой­ля элек­тро­на с ки­не­тич. энер­ги­ей, близ­кой к вы­со­те по­тен­ци­аль­но­го барь­е­ра на гра­ни­цах (ок. 6–8 нм). Тол­щи­на оп­тич. вол­но­вод­но­го слоя та­ко­го Г. по­ряд­ка дли­ны вол­ны ге­не­ри­руе­мо­го из­лу­че­ния и за­ви­сит от по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния n сре­ды. Г. мож­но рас­смат­ри­вать как пла­нар­ный оп­тич. вол­но­вод со встро­ен­ны­ми в не­го ак­тив­ны­ми уси­ли­ваю­щи­ми кван­то­во­раз­мер­ны­ми об­лас­тями (кван­то­вы­ми точ­ка­ми и кван­то­вы­ми яма­ми). Вол­но­вод об­ра­зо­ван за счёт из­ме­не­ния n в плос­ко­сти, пер­пен­ди­ку­ляр­ной ге­те­ро­пе­ре­хо­ду, а ло­ка­ли­за­ция элек­тро­нов и ды­рок в кван­то­во­раз­мер­ных об­лас­тях обес­пе­че­на по­тен­ци­аль­ны­ми барь­е­ра­ми на гра­ни­це с бо­лее ши­ро­ко­зон­ным по­лу­про­вод­ни­ком.

Зер­ка­ла­ми Г. обыч­но слу­жат гра­ни кри­стал­ла. В Г. ис­поль­зу­ют­ся так­же внеш­ние оп­тич. ре­зо­на­то­ры или по­ло­жи­тель­ная об­рат­ная связь, ос­но­ван­ная на рас­пре­де­лён­ном от­ра­же­нии све­та от пе­рио­дич. оп­тич. не­од­но­род­но­стей. Для это­го на по­верх­ность вол­но­вод­но­го слоя Г. на­но­сит­ся ди­фрак­ци­он­ная ре­шёт­ка с пе­рио­дом, крат­ным це­ло­му чис­лу по­лу­волн из­лу­че­ния в сре­де. Раз­ли­ча­ют Г. с рас­пре­де­лён­ной об­рат­ной свя­зью (РОС), ко­гда све­то­вая вол­на взаи­мо­дей­ст­ву­ет с ре­шёт­кой в об­лас­ти уси­ле­ния, и с рас­пре­де­лён­ным брэг­гов­ским от­ра­же­ни­ем (PБO), ко­гда ре­шёт­ка на­не­се­на на пас­сив­ную часть вол­но­вод­ной струк­ту­ры Г. Эти Г. ха­рак­те­ри­зу­ют­ся уз­ко­по­лос­но­стью (по­ряд­ка 0,1 нм) и вы­со­кой тем­пера­тур­ной ста­биль­но­стью. Ди­фрак­ци­он­ная ре­шёт­ка ис­поль­зу­ет­ся так­же для вы­во­да из­лу­че­ния, что улуч­ша­ет на­прав­лен­ность из­лу­че­ния и по­вы­ша­ет его мощ­ность. Г. с РБО и РОС мо­гут быть сфор­ми­ро­ва­ны в еди­ном тех­но­ло­гич. про­цес­се с др. эле­мен­та­ми ин­те­граль­ной оп­ти­ки, ба­зи­рую­щи­ми­ся на по­лу­про­вод­ни­ко­вых вол­но­вод­ных ге­те­ро­ст­рук­ту­рах. Прин­ци­пи­аль­но др. кон­ст­рук­ция Г. реа­ли­зу­ет­ся, ко­гда в ка­че­ст­ве зер­кал ис­поль­зуют­ся мно­го­слой­ные ин­тер­фе­рен­ци­он­ные по­кры­тия в ви­де вы­ра­щен­ных на под­лож­ке эпи­так­си­аль­ных сло­ёв с пе­рио­дич. из­ме­не­ни­ем по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния. В этом слу­чае при ко­эф. от­ра­же­ния, близ­ком к 1, мо­жет иметь ме­сто ге­не­ра­ция из­лу­че­ния пер­пен­ди­ку­ляр­но плос­ко­сти под­лож­ки.

Разл. кон­ст­рук­ции Г. по­зво­ля­ют ге­не­ри­ро­вать из­лу­че­ние мощ­но­стью от до­лей мил­ли­ватт до де­сят­ков ватт. Г. ис­поль­зу­ют­ся в ин­фор­ма­ци­он­ных сис­те­мах (во­ло­кон­но-оп­тич. связь, за­пись и счи­ты­ва­ние ин­фор­ма­ции в ком­пакт-дис­ках), для оп­тич. на­кач­ки твер­до­тель­ных ла­зе­ров, в про­ек­ци­он­ном те­ле­ви­де­нии, ме­ди­ци­не (ла­зер­ная ди­аг­но­сти­ка, те­ра­пия и хи­рур­гия). Г. вы­тес­ня­ют га­зо­вые и твер­до­тель­ные ла­зе­ры прак­ти­че­ски из всех об­лас­тей их при­ме­не­ния.