автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Узкополосный перестраиваемый лазер длинноволнового инфракрасного диапазона на p-Ge

Р Г Б ОД

1 п АнР

На правах рукописи

ПАВЛОВ Сергей Геннадьевич

УЗКОПОЛОСНЫЙ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ

ЛАЗЕР ДЛИННОВОЛНОВОГО ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА НА р-Ое

05.27.01 - твердотельная электроника и микроэлектроника 05.27.03 —квантовая электроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород — 1995

Работа выполнена в Институте прикладной физики РАН, Институте физики микроструктур РАН (г. Нижний Новгород), Институте радиоастрономии им. М.Планка (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, D-53121 Bonn, Germany).

Научный руководитель - кандидат физико-математических на}

В. H. Шастин

Официальные оппоненты : доктор фиоико-математических на)

JI. Е. Воробьев

кандидат фиоико-математических нау Н. Д. Миловский

Ведущее предприятие - Физический институт РАН,

г. Москва

Задцита состоится "24" апреля 1995 г. в 14 часов иа заседании специализированного совета К 003.38.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук в Институте прикладной физики РАН (603600, г. Нижний Новгород, ГСП-120, ул. Ульянова, 46).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики микроструктур РАН.

Автореферат разослан jggs Г-

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук

А.М.Белянцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Важнейшие направления развития квантовой электроники связаны с проблемой управления спектральными характеристиками вынужденного излучения лазеров и включают в себя :

- расширение и непрерывное заполнение диапазона частот, освоенных для генерации вынужденного излучения с требуемыми энергетическими, пространственными и временными характеристиками;

- управление структурой и шириной спектра излучения от минимальной ширины линии, определяемой обратной длительностью светового импульса, до заданной полосы частот с квазисплошной структурой;

- разработка методов дискретной либо плавной перестройки частоты излучения по заданному оакону и с ¡заданной скоростью.

Данная работа посвящена различным решениям проблемы управления спектром в новом твердотельном лазере длинноволнового инфракрасного диапазона на межподзонных переходах в германии р-типа проводимости.

Длинноволновым инфракрасным диапазоном (ДИК) называется часть электромагнитного спектра с длиной волны от 30 мкм до 300 мкм, лежащая между оптикой и СВЧ диапазоном. До недавнего времени этот диапазон были сравнительно трудно достижим для генерации вынужденного излучения. Основные успехи в создании лазеров ДИК диапазона были полностью связаны с газовыми средами и лазерами на свободных электронах. Несмотря на то, что к настоящему времени известно более 300 дискретных линий разных газов, на которых осуществлена лазерная генерация в диапазоне длин волн от 70 до 200 мкм с использованием оптической накачки СО2 лазером, только около 10 линий обладают достаточной мощностью получения, в непрерывном и/или импульсном режимах и реально используются в экспериментах [1]. Газовые лазеры являются практически неперестраиваемыми источниками (перестройка возможна обычно лишь в пределах контура линии усиления, обычно не более нескольких сотен МГц). Лазеры на свободных электронах (ЛСЭ) обладают широким непрерывным диапазоном перестройки длины волны и рекордной пиковой выходной мощностью (МВт), в том числе и в ДИК диапазоне [2]. Однако в силу их повышенной сложности, определяемой наличием электронного ускорителя, эти источники недоступны для обычных лабораторий (известно лишь несколько научных центров, использующих ЛСЭ для генерации

в ДИК диапазоне).

Новые полупроводниковые источники излучения ДИК диапазона на горячих дырках германия, характеризующиеся широкими потенциальными возможностями в перестройке длины волны излучения, а также компактностью и простотой, могут стать наиболее приемлемыми в значительной части задач физики полупроводников и твердого тела [3].

Целью работы является изучение предельных потенциальных возможностей лааера длинноволнового инфракрасного диапазона на меж-подзонных переходах р-германия с учетом различных физических особенностей эффекта усиления излучения активной среды и различных управляемых параметров резонатора, направленных на создание удобного и надежного источника когерентного излучения для различных физических приложений в длинноволновом ИК диапазоне.

Научная новизна работы.

Экспериментально доказан однородный характер уширения (имеющий аномально широкую полосу) усиления лазера длинноволнового инфракрасного диапазона на межподзонных переходах р-германия.

Впервые методами гетеродинной спектроскопии проведены спектральные исследования излучения р-ве лазера с ультравысоким для длинноволнового инфракрасного диапазона разрешением, позволившие определить спектральную ширину мод излучения лазера, спектральный модовый состав и его динамику в течение импульса генерации.

Установлена связь спектральной ширины излучаемой р-Се лазером моды с длительностью импульса излучения.

Проведены расчеты собственных мод и частотных характеристик для квазиоптнческих открытых резонаторов с частотно-селективным зеркалом, показаны особенности таких резонаторов по отношению к широко известному классу открытых резонаторов без внутрирезона-торных селекторов частоты.

Практическая ценность работы.

Проведенные в диссертации экспериментальные и теоретические исследования различных конструкций резонаторов лазера на р-герма-нии, выход на спектроскопию сверхвысокого разрешения дальнего ИК диапазона позволили определить предельно достижимые спектральные характеристики излучения лазера, создать мощный уокополосный перестраиваемый полупроводниковый лазер в ДНК диапазоне на межподзонных переходах горячих дырок германия.

Это, в свою очередь, стимулирует развитие новых приборных воз-

можностей для р-Се лазера, а также дальнейшие исследования потенциальных лазерных возможностей в ДИК диапазоне других полупроводниковых сред.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Экспериментально реализован уокополосный (до 600 МГц [0,02 см-1]) квазинепрерывно (с интервалом дискретности ~500 МГц) перестраиваемый (в диапазоне 2,55 ТГц [85 см-1] - 4,23 ТГц [141 см-1]) лазер длинноволнового инфракрасного диапазона на межподзонных переходах в р-гермашга.

2. Экспериментально показано, что обужение полосы излучения лазера на межподзонных переходах в р-германии может приводить к росту спектральной плотности мощности излучения, обратно пропорциональному полосе линии излучения. Указанных! рост обусловлен быстрыми процессами поперечной релаксации возбуждения внутри инвертированной подзоны легких дырок вследствие динамического изменения энергии дырок в инвертированной зоне в сильных скрещенных электрическом и магнитном полях, приводящего к аномально широкой полосе однородного уширения усиления излучения на межподзонных переходах.

3. Экспериментально установлено, что спектральная ширина моды излучения импульсного лазера на р-германии определяется длительностью импульса лазерной генерации и составляет « 0,4 - 0,8 МГц при импульсе излучения га 4 мкс. Время когерентности лазерного излучения достигает 1-^2 мкс.

4. Экспериментально обнаружено, что спектр собственных мод лазера на р-германии синхронно ( с сохранением эквидистантности ) сжимается в сторону низких частот в течение импульса лазерной генерации. Средняя скорость относительного смещения спектра излучаемых мод составляет ~ 4х10-6/мкс в диапазоне приложенных полей В=0,8-1,1 Тл и Е=1,1-1,5 кВ/см.

Апробация результатов.

Основные результаты диссертации были представлены на: XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев, 1990); II Всесоюзном совещании по нелинейным и когерентным эффектам во внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (Ленинград, 1991); III Всесоюзной школе-семинаре "Взаимодействие электромагнитных волн с твердым телом" (Саратов, 1991); 1 Украинском симпозиуме "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн" (Харьков, 1991); 7 International Conferences on Hot Carriers in Semiconductors (Nara, Japan 1991); 17-19 International Conferences on Infrared and Millimeter Waves (Pasadena, USA 1992; Essex, Great Britain 1993; Sendai, Japan 1994); Международной конференции "Оптика лазеров -93" (Ленинград, 1993); International Conferences on Millimeter and Submillimeter Waves and Applications (San Diego, USA 1994); Международном симпозиуме "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн" (Харьков, Украина 1994); 14 IEEE International Semiconductor Laser Conference (Maui, Hawaii, USA 1994); 5 International Conference on Infrared Physics (Ticino, Switzerland 1994).

Публикации.

Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах в периодических журналах, 17 работах в материалах конференций, 1 препринте, список которых приведен в конце автореферата.

Практически реализованные конструкции селективных и перестраиваемых лазеров защищены авторскими свидетельствами СССР и патентами Российской Федерации.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 2 приложений, и содержит Э7 страниц машинописного текста, в том числе 11 таблиц, 57 рисунков и список литературы, включающий 100 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дан краткий обзор по теме исследований, их актуальность, проведено краткое обсуждение цели работы, научной новизны и практической ценности полученных результатов.

В первой главе собраны результаты теоретических и экспериментальных исследовании динамических процессов формирования инверсии населешгостей и усиления стимулированного излучения на межпод-зонных переходах в активной среде p-Ge лазера.

В части 1.1. даются основные известные теоретические представления о лазере на р-Се: схема лазерной генерации (рис. 1а,б); основные характеристики р-ве лазеров различных типов. Кратко охарактеризованы основные приемники для регистрации лазерного излучения в ДИК диапазоне: болометры и фотодетекторы, а также способы детектирования излучения: прямое и гетеродшшровапие.

Часть 1.2. определяет теоретические потенциальные спектральные и энергетические возможности активной среды лазера: даются представления об особенностях механизма формирования инверсии насе-ленностей, обсуждаются физические процессы взаимодействия инвертированных носителей с резонансным стимулированным излучением. Показано, что баллистическое движение легких дырок в сильных скрещенных электрическом и магнитном полях (рис. 1в), приводящее к периодическому (с характерным временем ~ 10~12с) изменению энергии дырок в инвертированной зоне и тем самым - частоты и>* излуча-тельных переходов (рис. 1г), - является основной причиной однородг ного уширения усиления излучения. Последнее можно использовать для эффективной (без потерь интегральной мощности) селекции частоты излучения в р-Се лазере, поскольку в этом случае в процессе стимулированного излучения на выбранной селектором частоте может участвовать подавляющая часть инвертированных легких дырок. На основании экспериментально обнаруженной концентрации спектральной плотности мощности в полосе излучения при селекции делается вывод о том, что активная среда р-ве лазера является средой с сильной кросс-релаксацией инверсии (¿с <С где /ц - время продольной безызлучательной релаксации энергии инвертированных дырок (рис. 16)). На основе скоростных уравнений для р-Се лазера показано влияние быстрых процессов кросс-релаксации инверсии на формирование квазиоднородного характера насыщения усиления на межподзонных переходах.

В части 1.3. приведены факторы, подтверждающие высокую эффективность использования внутриреоонаторной частотной селекции излучения в р-Се лазере: естественное обужение линии в линейном режиме генерации и концентрация спектральной плотности мощности в отселектированной линии (рис. 2а,б).

Вторая глава посвящена лазерам на р-Се с различными типами селективных резонаторов, в основном - с внутрирезонаторнымн частотными селекторами излучения.

Описаны особенности и способы селекции и перестройки излуче-

ния в р-Се лазерах, применявшиеся в разное время разными исследовательскими группами (часть 2.1.); основное внимание уделено наиболее эффективным брэгговскому (часть 2.2.) и интерференционным методам (часть 2.З.).

Описаны конструкции лазеров, приведены результаты исследований спектральных и энергетических характеристик лазеров с использованием дифракционного спектрометра, в том числе - анализ абсолютного спектра излучения в случае, когда он становится сравним с разрешающей способностью спектрометра. Определена ширина огибающей спектра излучения. Достигнуто рекордное обужение спектральной линии излучения (до 0,02 см-1) (рис. 2а) и квазинепрерывная (с интервалом дискретности ~ 500 МГц, определяемым межмодовым расстоянием) перестройка селектируемой линии по значительной части диапазона активности лазера на р-германни (85 см-1 - 141 см-1) (рис. 26,в). Экспериментально показано, что уменьшение ширины спектра излучения лазера на межподзонных переходах в р-гермашш при частотной селекции излучения приводит к росту спектральной плотности мощности излучения (до ~ 103 раз), обратно пропорциональному полосе линии излучения (рис. 3).

Третья глава посвящена исследованиям сверхвысокого разрешения методами гомо- и гетеродинной спектроскопии структуры спектров излучения лазеров на р-Се с разными конфигурациями резонатора. Первая часть главы содержит описание метода исследования и экспериментальной техники.

В части 2.2. собраны результаты спектрального анализа самосмешения спектра стимулированного излучения р-Се лазера. Обнаружена тонкая структура спектра излучения р-ве лазера как с резонаторами на полном внутреннем отражении, так и резонаторами с внешними зеркалами (рис. 4а), в том числе - действующего узкополосного перестраиваемого лазера на р-Се; установлена предельная ширина спектральной линии моды излучения лазера и ее зависимость от длительности импульса генерации лазера (рис. 46).

В части 2.3. приведены результаты спектрального анализа смешения стимулированного излучения р-Се лазера с линиями непрерывных газовых лазеров ДИК диапазона (пример - рис. 5). Обнаружена динамическая перестройка спектра мод в течении импульса генерации в длинноволновую сторону (рис. 6). Непосредственно измерена абсолютная ширина моды излучения р-Се лазера. Обсуждаются возможные причины изменения оптической длины лазера в течении импульса

излучения.

В последней главе рассматриваются возможные перспективы применения лазеров длинноволнового ИК диапазона на р-ве в физике твердого тела, радиоастрономии, биологии. Одним но практически реализованных приложений описанных лазеров является спектроскопия твердого тела, в частности - мелких примесей в полупроводниках, включая внутрирезонаторную лазерную спектроскопию.

Проведено качественное рассмотрение вопроса о возможности создания квазинепрерывного генератора на основе малогабаритного р-Се лазера с резонатором на распределенной обратной связи (часть 4.1.).

Обсуждаются принципиально новые приборные возможности для лазера на р-ве, связанные с созданием в резонаторе лазера условий для организации синхронизации мод и модулирования добротности резонатора с целью создания мощных коротких импульсов излучения (часть 4.2.).

В заключении приведены основные результаты диссертации.

В математических приложениях описаны:

в (ПЛ.) рассмотрена дифракция в дальней зоне квазиплоской волны на плоской дифракционной решетке в приложении к вычислению аппаратной функции монохроматора ИКС-31, а также коэффициента отражения частотно-селектирующего элемента связи;

в (П.2.) - методика расчетов собственных мод и частот в приложении к реальной конструкции квазиоптического резонатора с частотно-селектнвным перестраиваемым зеркалом для лазера на р-Се селективным зеркалом. Приведено сравнительное обсуждение полученных результатов с известными решениями для открытых резонаторов без селектора.

В конце работы дается список цитируемой литературы.

Основные результаты работы:

1) Разработан и экспериментально исследован высокодобротный вну-трирезонаторный перестраиваемый селектор частоты излучения интерференционного типа для лазера длинноволнового инфракрасного диапазона на межподзонных переходах горячих дырок в германии. Достигнуто рекордное обужение спектральной линии излучения (до 0,02 см-1) и квазинепрерывная (с интервалом дис-

кретности ~ 500 МГц) перестройка селектируемой линии по значительной части диапазона активности лазера на р-германии (85 см-1 - 141 см-1). Длина волны излучения меняется при этом пропорционально величине регулируемого зазора селектора.

2) Экспериментально показано, что уменьшение ширины спектра излучения лазера на межподзонных переходах в р-германии (например, частотной селекцией излучения) может приводить к росту спектральной плотности мощности излучения (до ~ Ю3 раз), обратно пропорциональному полосе линии излучения.

Указанный рост обусловлен быстрыми процессами поперечной релаксации (перераспределения возбуждения) внутри инвертированной подзоны легких дырок, приводящих к аномально широкой полосе однородного насыщения усиления на межподзонных переходах.

Основной причиной указанного однородного уширешш усиления излучения является баллистическое движение инвертированных легких дырок в сильных скрещенных электрическом и магнитном полях, приводящее к динамическому изменению энергии дырок в инвертированной зоне и тем самым - частоты излучательных переходов.

При значительном превышении порога генерации спектр стимулированного излучения лазера на р-германии не Испытывает в течение импульса (после выхода в нелинейный режим) заметного обужения полосы излучения. Поэтому необходимым условием реализации режима концентрации мощности в узкой полосе частот является использование высокодобротного внутрпрезонаторного селектора, спектр потерь которого обеспечивает подавление всех нерезонансных частот до их выхода в режим вынужденного излучения. В этом случае в процессе стимулированного излучения на выбранной селектором частоте может участвовать подавляющая часть инвертированных легких дырок.

3) Проведены спектральные исследования излучения р-ве лазера с ультравысоким разрешением (0,3 МГц) в дальнем инфракрасном диапазоне (2-4 ТГц) методами гетеродинной спектроскопии, позволившие определить спектральную ширину мод излучения лазера, модовый состав и его динамику в течение импульса генерации.

Установлено, что спектр излучения р-Се лазера на межподзон-ных переходах (включая переходы с участием примесных уровней) состоит из узких лазерных мод со спектральной шириной, определяемой длительностью импульса генерации Триые'-

Г\УНМ х Три,,е « 4

с минимальным значением ширины гомодинного сигнала Г\УНМ га 0,8 МГц при длительности импульса излучения около 4 МГц. Последнее дает оценку абсолютной спектральной ширины собственной моды р-ве лазера порядка 0,4 - 0,8 МГц и времени когерентности излучения лазера порядка 1-2 мкс.

Спектр мод близок к расчетным значениям собственных частот резонатора при учете эффективной оптической длины (в лазерах с внешними зеркалами) или геометрического пути моды (в лазерах на полном внутреннем отражении) и коррекции значения показателя преломления активного р-германия.

В случае узкополосной генерации, когда в пределах линии излучения лазера лежит 2-3 моды, межмодовые биения вносят сильную модуляцию импульса излучения с частотой биений.

Обнаружена временная перестройка (до 25 МГц за 3 мкс) спектра мод р-Се лазера в сторону низких частот (с течением времени спектр собственных мод сходится) с относительной величиной средней скорости сдвига спектра «4х 10-6/мкс. Причина динамического увеличения оптической длины во время импульса лазерной генерации связывается с соответствующим изменением показателя преломления активного р-Се при его разогреве импульсом электрического напряжения.

4) Проведены расчеты потерь в зависимости от частоты собственной моды в резонаторе на полном внутреннем отражении с зеркалами брэгговского типа. Теоретически и экспериментально показана эффективность Брэгговской селекции частоты для р-Се лазеров. Проанализирована возможность создания квазинепрерывного лазера на р-Се с брэгговским зеркалом на основе распределенной обратной связи (РОС). Рассчитаны возможность канализации моды и тепловой режим генератора при предельно минимальной геометрии РОС лазера.

Выполнены численные расчеты собственных мод и частотных характеристик для квазиоптических открытых резонаторов с селективным зеркалом, показаны особенности таких резонаторов по отношению к широко известному классу открытых резонаторов без селекторов. Из сравнения результатов этих расчетов и проведенных экспериментов сделаны оценки времен и масштабов обужения спектра излучения лазера в линейном и нелинейном режимах генерации, а также предельно достижимой ширины линии излучения для лазеров на p-Ge.

ЛИТЕРАТУРА

1. Brunner W., Junge К. Wissensspeicher Lasertechnik// Leipzig, VEB Fachbuchverlag, 1987.

2. Burghoorn J., Kaminski J.P., Strijbos E.C., Klaassen Т.О. and Wenckebach W.Th. Generation of subnanosecond high power far infrared pulses using a FEL pumped passive resonator// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1992, Y. A318, P. 85-86.

3. Special Issue on Far-infrared Semiconductor Lasers (ed. E.Gornik and A.A.Andronov)// Optical and Quantum Electronics, 1991, V. 23(2), P.S111-S349.

ЛИТЕРАТУРА АВТОРА

1. Андронов A.A., Козлов В.А., Павлов С.А., Павлов С.Г. Брэггов-ская селекция частоты в субмнллиметровом лазере на горячих дырках Ge// Письма в ЖТФ, 1988, Т. 14, Вып. 22, С. 2053-2056.

2. Андронов A.A., Козлов В.А., Павлов С.А., Павлов С.Г. Авторское свидетельство СССР N 1597070 на изобретение "Полупроводниковый лазер дальнего IIK-диапазона на горячих носителях".

3. Андропов A.A., Козлов В.А., Павлов С.А., Павлов С.Г. Внешняя брэгговская селекция в полупроводниковом лазере на горячих дырках в германии// Квантовая электроника, 1990, Т. 17, Вып. 10, С. 13031305.

4. Муравьев A.B., Павлов С.Г., Шастин В.П. Стимулированное излучение на переходах между возбужденными и основным состояниями акцепторной примеси в германии// Тез. докл. XII Всесоюз. конф. по физике полупроводников. Киев: Наукова думка, 1990. Т. 2, С. 172-173.

5. Муравьев A.D., Павлов С.Г., Шастип В.Н. Стимулированное получение на переходах между возбужденными и основным состояниями акцепторной примеси в Ge// Письма в ЖЭТФ,

1990. Т. 52, Вып. 6, С. 959-964.

6. Демиховский C.B., Муравьев A.B., Павлов С.Г., Шастин В.Н. Перестройка спектра излучения лазера на p-Ge при одноосной деформации

ФТП, 1990. Т. 24, Вып. 12, С. 2151-2154.

7. Andronov A.A., Kozlov V.A., Pavlov S.A., Pavlov S.G. Bragg selection in hot hole FIE laser// Optical and Quantum Electronics, 1991, V. 23, N 2, P. S205-S210.

8. Андронов A.A., Козлов В.А., Павлов С.А., Павлов С.Г. Авторское свидетельство СССР N 1741585 на изобретение "Полупроводниковый лазер дальнего ИК-диапаэона на горячих носителях".

9. Демиховский C.B., Муравьев A.B., Павлов С.Г., Шастин В.Н. Стимулированное излучение на переходах между мелкими примесными состояниями в дырочном германии// Тез. докл. II Всесоюз. совещания по нелинейным и хогерентпым эффектам во внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. Ленинград: Изд-во Ленинград, университета, 1991, С. 79-81.

10. Муравьев A.B., Павлов С.Г., Шастин В.Н. Проявление гибридизации состояний валентной зоны германия в ELH полях в спектрах стимулированного излучения//Тез. докл. II Всесоюз. совещания по нелинейным и когерентным эффектам во внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. Ленинград: Иод-во Ленинград, университета,

1991, С. 82-83.

11. Демиховский C.B., Муравьев A.B., Павлов С.Г., Шастин В.Н. Усиление субмиллиметрового излучения на примесных переходах в германии// Тез. докл. III Всесоюз. школы-семинара "Взаимодействие электромагнитных волн с твердым телом". Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1991, С. 128-129.

12. Демиховский C.B., Муравьев A.B., Павлов С.Г., Шастин В.Н. Перестраиваемый лазер длинноволнового инфракрасного диапазона на германии р-типа//Тез. докл. 1-го Укр. симп. "Физика и техника ММ и СубММ радиоволн". Харьков: Изд-во ИРЭ АН УССР, 1991, Т. 1, С. 159-160.

13. Demihovsky S.V., Murav'ov A.V., Pavlov S.G., Shastin V.N. Stimulated Emission on Shallow Acceptor States of Germanium// Proc. 16<л Int. Conf. Infrared and Millimeter Waves. Switzerland: Lausanne,

1991, V.(T3.8), P. 184-185.

14. Demikovsky S.V., Murav'ov A.V., Pavlov S.G., Shastin V.N. Stimulated Emission Using Shallow Acceptor States Transitions in Germanium// Abstracts of 7th Int. Conf. Hot Carriers in Semiconductors (HCIS-7). Japan: Nara, 1991, P. 46.

15. Demihovsky S.V., Murav'ov A. V., Pavlov S.G., Shasiin V.N. Stimulated Emission Using Shallow Acceptor States Transitions in Germanium// Semiconductor Science and Technology, 1992, V. 7, P. B622-B625.

16. Муравьев А.В., Павлов С.Г., Шастин В.Н. Использование вну-трирезонаторной частотной селекции излучения в лазере длинноволнового инфракрасного диапазона на р-германии// Препринт N 328. Нижний Новгород: Изд-во ИПФ РАН, 1992, 13 С.

17. Muravjov А. V., Pavlov S.G., Shastin V.N., Brundermann E., Roser H.-P., Kimmitt M.F. Linewidtli of the p-Ge Laser// Conf. Digest \7th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves. USA: Pasadena, 1992, SPIE V.1929, P. 182-183.

18. Муравьев А.В., Нефедов И.М., Павлов С.Г., Шастин В.Н. Перестраиваемый узкополосный лазер на межподзонных переходах дырок германия// Квантовая электроника, 1993, Т. 20, Вып. 2, С. 142148.

19. Муравьев А.В., Павлов С.Г., Шастин В.Н. Селекция п перестройка частоты излучения в твердотельном лазере длинноволнового инфракрасного диапазона// Тез. докл.-на конф.

"Оптика лазеров-93". Ленинград: Изд-во Ленинград, университета, 1993, Т. 1, С. 72.

20. Shastin V.N., Muravjov А. V., Orlova Е.Е., Pavlov S. G. Far-infrared active medium on shallow acceptor states in semiconductors// Proc. 18<л Int. Conf. Infrared and Millimeter Waves. UK: Essex, 1993, SPIE V.2104, P. 198.

21. Муравьев А.В., Павлов С.Г., Орлова Е.Е., Шастин В.Н. Инверсия населенностей мелких акцепторных уровней в лазере на горячих дырках германия// Тез. докл. I Российской конф. по физике полупроводников. Нижний Новгород: Изд-во ИПФ РАН, 1993, Т. 2, С. 272.

22. Muravjov А. V., Pavlov S.G., Shastin V.N., Brundermann Е., Roser H.-P., Kimmitt M.F. Mode structure and wavelength tunability of FIR p-Ge hot hole laser// Conf. Digest 18"1 Int. Conf. Infrared and Millimeter Waves. UK: Essex, 1993, SPIE V.2104, P. 192-193.

23. Brundermann E., Hubers H.-W., Roser II.-P., Kimmiii M.F., Muravjov A. V., Pavlov S.G., Shastin V.N. Mode structure and mode dynamics of the FIR p-Ge laser// Conf. Digest Int. Conf. MMandSubMM Waves and Applications. USA: San-Diego, 1994, SPIE V.2250, P. 43-43a.

24. Муравьев А.В., Павлов С.Г., Орлова Е.Е., Шастип В.Н. Эффекты мелких акцепторов в лазере на горячих дырках германия// Письма в ЖЭТФ, 1994, Т. 59, Вып. 2, С. 86-91.

25. Muravjov А. V., Pavlov S.G., Shastin V.N., Brundermann Е., Roser Н.-Р. Investigation of fine structure of emission spectra of the far-infrared p-Ge laser by heterodyne spectroscopy// Conf. Proceedings of Int. Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves". Ukraine: IRE NASU (Kharkov), 1994, V. 2, P. 409-412.

26. Pavlov S. G.

Computation of open resonator with intracavity Fabry-Perot type selector for solid-state submillimeter laser// Conf. Proceedings of Int. Symposium " Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves". Ukraine: IRE NASU (Kharkov), 1994, V. 1, P. 154-157.

27. Muravjov A. V., Pavlov S.G., Shastin V.N., Brundermann E., Roser II.-P. Single-mode tunable FIR pulsed p-Ge laser// Conf. Digest 14<Л Int. Semiconductor Laser Conf. USA: Maui, Hawaii, 1994, IEEE Catalog

. N.94CII3379-5, P. 83-84.

28. Brundermann E., Roser H.-P., Muravjov A. V., Pavlov S.G., Shastin V.N. Mode fine structure, mode dynamics and line tunability of the FIR p-Ge intervalenceband laser// Conf. Digest 19th Int. Conf. Infrared and Millimeter Waves. Japan: Sendai, 1994, JSAP Catalog N. AP 941228, P. 85-86.

29. Brundermann E. and Roser H.-P., Muravjov A.V., Pavlov S.G., Shastin V.N. Mode fine structure of the p-Ge intervalenceband laser measured by heterodyne mixing spectroscopy with an optically pumped ring gas laser// Infrared Physics, 1995, V. 1, pp. 59-69.

30. Муравьев А.В., Павлов С.Г., Орлова Е.Е., Шастип В.II., Андреев Б. А. Конденсация спектра вблизи линии примесного поглощения в лазере на горячих дырках германия// Письма в ЖЭТФ, 1995, Т. 61, Вып. 3, С. 182-186.

31. Демиховский С.В., Муравьев А.В., Павлов С.Г., Шастгш В.Н. Патент РФ N 2022431 "Полупроводниковый лазер дальнего ПК-диапазона на горячих носителях".

а)

<Й,.мэВ

Рис.1 р

Рнс.1 Схема инверсии и генерации стимулированного излучения лазера на межподзонных I —* /г переходах в р-Се.

а) валентная зона германия в изотропном приближении

б) трехуровневая модель лазера на р-Се: (1) Л - зона разогреваемых сильным электрическим полем тяжелых дырок, (2) I - зона инвертированных легких дырок, (3) - зона с энергией оптического фонона Ьи)срг.

в) Образование области (I) "замагниченных" траекторий легких дырок в импульсном пространстве под рдг = т'Е/В.

"а" - проход легкой дырки через различные изочастотные поверхности при движении в Е1.В полях,

"б" - область обмена легких дырок на различных рл-траекториях при наличии составляющей поля Ел.

г) Плотность спектрального распределения по р. инвертированных дырок, участвующих в излучательных / —> /г переходах на частоте ¿/"для полей Е=1,4 кВ/см, В=1 Тл. п' - номер трубки Ландау легких дырок.

Рис.2 Зависимость длины волны и интенсивности излучения от ширины перестраиваемого зазора Л для различных порядков т (слева). Зависимость ширины резонансной линии от порядка резонанса т (справа). Разрешение монохроматора ИКС-31 до 0,072 мкм.

Рис.З Селекция частоты излучения в открытом составном резонаторе лазера на р-ве с перестраиваемым Фабри-Перо селектором глубиной }г для полей Е=1,5 кВ/см, В=1,1 Тт. Спектры и осциллограммы импульсов излучения широкополосного (а) 1г = 0 и узкополосного (б) 2Л = 5А генератора. Масштаб выдержан, задержка по времени введена для улучшения сравнения. На вставке - схема резонатора.

Ь?, МНз.

Рис.4 а) Спектр гомодинного сигнала лазера с резонатором (сверху вниз): на модах полного внутреннего отражения и на аксиальных модах, б) Зависимость ширины спектра гомодинного сигнала от длительности импульса лазерной генерации с резонатором на аксиальных модах.

Рис.5 Анализ спектра по промежуточной частоте 1Р: а) Рассчитанный спектр № сигнала. Ь,с) Спектры гомодинного ВГ (с, внизу) и гетеродинного № (Ь, вверху) сигналов. На вставке - схема спектра собственных частот смешиваемых лазеров,

Ge; интегральный детектированный сигнал излучения p-Ge лазера; то же с включенным газовым лазером; гомодинный сигнал BF; гетеродинный сигнал IF на различных частотах, б) Осциллограммы детектированного видеосигнала (Video) и сигнала на разностной частоте (IF). Видна временная эволюция IF сигнала.