Техника - молодёжи 2008-08, страница 14
ЮДИ НАУКИ 2008 №08 ТМ Человечество должно осваивать окружающее пространство. Рано или поздно людям на Земле станет тесно. Ещё проблемы: сегодня в космонавтике ощущается дефицит свежих идей, мал приток новых кадров. Вот наша космическая отрасль и топчется на месте. Точнее, топталась до недавнего времени. События последних лет показывают, что необходимость её дальнейшего развития теперь осознана. Космический корабль «Клипер» -лишь одно из свидетельств этого. - Олег Николаевич, многие идеи, прежде чем претвориться в жизнь, обсуждаются в научной и научно- популярной литературе. Как вы относитесь к публикациям для широкого круга читателей, в частности к журналу «Техника - молодёжи»? - В школьные годы «Техника - молодёжи» была одним из наиболее любимых моих журналов. Я его выписывал и читал регулярно. И продолжал это занятие - и когда учился в университете, и когда стал молодым научным сотрудником там, на Урале. Мне кажется, чрезвычайно важно, чтобы молодёжь всячески расширяла свой кругозор, интересовалась проблемами науки и техники. Очень хорошо, когда человек с помощью гуманитарного образования познаёт себя. Но мне кажется, что человечество в полной мере будет чувствовать себя комфортно в этом мире, лишь когда достаточно полно познает его законы. А это может сделать только наука. Вся человеческая цивилизация зиждется на человеческой мысли, на наших знаниях. Открытие законов природы, изобретательская и технологическая деятельность - всё это очень важно для дальнейшего прогресса человечества. К сожалению, многие современные люди этого не понимают, они даже не задумываются над этим. И лишь когда происходит какое-нибудь стихийное бедствие - землетрясение, наводне- Подробнее о лазерах Лазер - устройство, использующее явление вынужденного излучения фотонов для создания когерентного светового потока. Как правило, состоит из трёх основных элементов: источника энергии, который служит для накачки рабочего тела, и системы зеркал, создающих оптический резонатор. Рис. 1 помогает представить себе принцип его действия. Здесь: (а) эскиз исторически первого твёрдотельного (рубинового) лазера и (б) схема энергетических уровней электронов в кристалле рубина (Al203 с примесью окиси хрома Сг203), участвующих в процессе генерации. Суть в том, что при облучении рабочего тела лазера излучением лампы накачки в нём создаётся состояние с инверсной заселённостью уровней, в котором разрешённые уровни системы с большей энергией (Е^ заселены большим числом атомов, чем уровни с меньшей энергией (Е0). Это состояние неустойчиво: некоторые возбуждённые электроны самопроизвольно переходят в состояние Е0, излучая при этом квант света - фотон - с длиной волны 694,3 нм. Если этот фотон движется вдоль оси резонатора, он с большой вероят ностью возвращается обратно в возбуждённый кристалл и вызывает в нём новые акты излучения света. Это явление индуцированного излучения, предсказанное А. Эйнштейном, имеет важное свойство: фаза, частота, направление распространения и состояние поляризации световых волн, которым принадлежат первичные и излучённые фотоны, строго совпадают. Вторичные фотоны повторяют «судьбу» первичных, и, если в системе (рабочее тело + зеркала) процессы генерации света преобладают над процессами потери энергии, она становится источником когерентного излучения. В полупроводниковых (п/п) инжекционных лазерах, о которых идёт речь в статье, источником энергии является электрический ток, протекающий в р-п-переходе (как в первых п/п лазерах) или в гетероструктуре, которые и служат рабочим телом такого лазера. Роль зеркал играют его полированные торцы. Как известно, р-п-переход - это область границы двух полупроводников с разным типом проводимости: в одном основными носителями заряда являются электроны (проводимость n-типа), в другом - дырки (проводимость р-типа). За тип проводимости отвечают легирующие добавки - малые концентрации донорных или акцепторных примесей. Еще о терминах: гомогенный р-п-переход состоит из одинаковых по химическому составу материалов (p-GaAs и n-GaAs), гетеропереход - из разных (p-GaAs и n-AIGaAs); если переходов в структуре больше одного, это гетероструктура. В рабочем режиме первых п/п лазеров - простых р-п-пере-ходов на GaAs - на переход подавали прямое напряжение смещения («плюс» на р), электроны из п- области и дырки из р-области двигались навстречу друг другу, встречались в области перехода и рекомбинировапи, испуская свет с длиной волны около 0,8 мкм. Работа таких лазеров была нестабильной, срок жизни малым, а непрерывный режим генерации из-за очень больших конструктивных потерь энергии удавалось осуществить только при очень больших токах, что требовало криогенных температур для предотвращения перегрева и разрушения всей конструкции - о чём и говорит О. Н. Крохин. Устранить эти недостатки удалось с помощью двойных гете-роструктур, в которых активный слой арсенида галлия (GaAs, узкая запрещённая зона) размещался между р- и п-слоями арсенида галлия-алюминия (AIGaAs, широкая запрещённая зона). Эта гетеропара была выбрана из-за близких значений (а) Импульсная лампа Луч лазера Рабочее тело (рубин) Непрозрачное Полупрзрачное зеркало зеркало —Оптический резонатор -' L (6) III—7—7—7—7—Л зеленая полоса " ■ / / / / / | накачка % = 550 nm безизлучательный \^1ереход I У X = 69^8 шп \ 1 ) ( >. = 694,: Y У 3 шп Рис. 1. Принцип действия рубинового лазера 12 |
