ГЕНЕРАТОР СУБМИЛЛИМЕТРОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01S3/96 

Предлагаемый прибор предназначен для генерации электромагнитных колебаний в субмиллеметровом диапазоне волн и относится к области лазерной техники.

Известны генераторы субмиллиметрового излучения [1] на горячих носителях заряда, содержащие активный элемент на основе германия p и n типа, охлажденные до гелиевой температуры T 4,2K, инверсные распределения носителей в которых достигнуты приложением сильных скрещенных электрического (E) и магнитного (H) полей.

Недостатками устройств являются необходимость создания сильных магнитных полей, а также работа устройств только при температуре жидкого гелия. Эти недостатки препятствуют практическому использованию этих генераторов излучения.

Известен генератор субмиллиметрового излучения [2] (прототип), активный элемент которого выполнен из кремния p типа, охлажденного до температуры жидкого азота T 77K и помещенного в сильные EE ┴ HH поля.

Недостатком прототипа является громоздкость устройства из-за необходимости создания магнитного поля до H 20^oC25 кЭ.

Техническим результатом изобретения является упрощение генератора субмиллиметрового излучения. С этой целью в генератор субмиллиметрового излучения, содержащий активный элемент из кремния, находящийся при температуре 4,2K ≅ T ≅ 77K, выполненный в форме прямоугольного резонатора с полным внутренним отражением, к узкой грани которого приложено импульсное напряжение посредством высоковольтного генератора, с целью упрощения введен источник инфракрасного света с длиной волны не более 1 мкм и с интенсивностью, соответствующей концентрации генерируемых электронно-дырочных пар в активном элементе 5•10¹⁴см^-3.

Сущность изобретения заключается в генерации субмиллиметрового излучения, при приложении импульса электрического поля к фотовозбужденной инфракрасным светом с длиной волны λ< 1мкм, кремниевой пластиной находящейся при температуре 4,2K ≅ T ≅77K. Это явление установлено опытным путем.

Механизм излучения заключается в создании инверсной населенности при диссоциации экситонов в электрическом поле.

На чертеже показан генератор субмиллиметрового излучения, содержащий активный элемент 1, высоковольтный генератор импульсов электрического поля 2, источник инфракрасного света 3.

Примером конкретного исполнения является устройство, где активный элемент выполнен из n-Si с концентрацией примесей N_Д-N_A≃ 10¹³ см^-3, в форме прямоугольного параллелепипеда с размерами 3,0х5,0х60,0 мм³ и параллельностью боковых поверхностей не хуже 5', являющийся резонатором на полного внутреннего отражения. Высоковольтный генератор подает на активный элемент импульсное напряжение длительностью 10 мкс и с частотой 10 Гц. Источник инфракрасного света с длиной волны λ≃ 0,9 мкм (лазер на GaAs) освещает широкую грань активного элемента. Интенсивность освещения, соответствовала максимальной конструкции генерируемых электронно-дырочных пар - 5•10¹⁴см^-3. При подаче импульса электрического поля с напряженностью 300 В/см<E<1000 В/см активный элемент генерирует субмиллиметровое излучение с длиной волны λ ≃ 100 мкм. Мощность излучения в импульсе составляет 10 Вт.

Достоинством предлагаемого устройства является генерация субмиллиметрового излучения без использования магнитного поля.

Использование: для генерации электромагнитных колебаний в субмиллиметровом диапазоне волн в области лазерной техники. Сущность: генерация субмиллиметрового изучения без использования магнитного поля достигается за счет того, что к прямоугольному кремниевому резонатору с полным внутренним отражением, находящемуся при температуре 4,2K≅ T≅77K и фотовозбужденному инфракрасным светом с длиной волны λ< 1мкм и с интенсивностью такой, что концентрация генерируемых электронно-дырочных пар -5•10¹⁴см^-3, прикладывается импульс электрического поля. Длина волны генерируемого субмиллиметрового излучения - 100 мкм. 1 ил.

Генератор субмиллиметрового излучения, содержащий активный элемент из легированного кремния, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда с полным внутренним отражением, к узким противоположным граням которого приложено напряжение от высоковольтного импульсного генератора, отличающийся тем, что генератор излучения дополнительно содержит источник инфракрасного света с длиной волны не более 1 мкм, расположенный с возможностью освещения широкой боковой грани активного элемента, находящегося при температуре 4,2 - 7,7 К.