Твердотельный квантовый усилитель и генератор электромагнитного излучения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 94 114 Н 01 8 3/18 РЕТЕНИЯ ЛЬСТВ ВТОРСНСМУ СВИ исти реев тво ССС 1963. 1961, азо еле е ом вляет излу ик ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ(56) Авторское свидетельсУ 18 1837., кл. Н 01 8 3/1физика твердого тела,с.1983,Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к твердотельным усилителям и генераторам.Известны твердотельные квантовые усилители и генераторы.Известны твердотельные квантовые усилители и генераторы, например, полупроводниковые с р-и переходом, в которых генерация достигается за счет приложения постоянного электри" ческого напряжения, Основными недо" статками этих генераторов являются невозможность перестройки частоты, а также то, что инверсная заселеннос достигается лишь в узкой области, прилегающей к р-и переходу. Следствием этого является малая величина предельной мощности генерируемого излучения.Известноодномерного о также, что приложениепериодически изменяющег 2(54) (57) ТВЕРДОТЕЛЪНЫЙ КВАНТОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ И ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ на основе монокристаллической структуры с одновременным периодическим изменением потенциала, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения мощности когерентного излучения и осуществления перестройки его частоты, указанная структура выполнена из периодически чередующихся двух слоев материалов с различными ширинами запрещенных зон, причем толщины указанных слоев больше постояйной кристаллической решетки и меньше длины свободного пробегафс электронов в данном материале. Щ я потенциала приводит к нию подзон в тв рд тЦелью изобретения я ся увеличение мощности генерируемого чения и осуществление перестро" и егочастоты,Эта цель достигается тем, что квантовый усилитель и генератор изготовлен на основе монокристаллической структуры с одномерным периодическим , изменением потенциала и укаэанная структура выполнена из периодически чередующихся двух слоев материалов с различными ширинами запрещенных зон причем толщины указанных слоев больше постоянной кристаллической решетки и меньше длины свободного пробега электронов в данном материале.На фиг.1 дано схематическое иэображение.периодического потенциала сверхрешетки и энергетических уровней594843 Корректор Э.Лончаков 4 аз б 880 Тираж 615 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,:д. 4/5В Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина, 101. при отсутствии внешнего электрического поля; на фиг,2 - при приложении электрического поля,Выполнение квантового усилителя и генератора в виде монокристаллической структуры с одномерным периодическим изменением потенциала, полу-. . чаемым за счет изготовления данной структуры иэ периодически чередующих ся слоев двух материалов с различными ширинами запрещенных зон и имеющих толщину, превышающую постоянную решетки, но не превышающую длину свободного пробега электрона в дан ном материале, приводит к образованию подзон. Размер Й начальной ямы периодического потенциала определяет ширину о запрещенных полос202 пР где ш - эффективная масса электрона дар), 11 - постоянная ПланкаПри отсутствии внешнего электри ческого.поля благодаря тунелираванию через барьер, электроны (дырки) не локализованы в потенциальных ямах. Приложение внешнего электрического поля Е (любой полярности) такой вели чины, чтобы изменение потенциальной энергии электрона в этом паде на одном периоде сверхрешетки, и превышало Я , приводит к локализации электронов в потенциальных ямах, а едактор С,Титова Техред Л.Олий спектр из зонного становится линейчатым. При этом уровни электронов(дырок) в соседних ямах смещаются навеличину ф = еЕ, где е - зарядэлектрона. При дальнейшем увеличении поля величина ) может статьбольше расстояния между уровнями впотенциальных ямах. Если легированиекристалла осуществлено таким образом,что первый возбужденный уровеньэлектрона (дырки) не заселен, то вэтом случае возникает инверсная заселенность между основным уровнем водной яме и возбужденным в соседней.Наличие инверсной заселенности является основным условием усиления и генерации электромагнитного излучения.Величина необходимого для выполненияэтого условия внешнего поля, найденная из условия (фа , определяется фрЙ выражением Ю ) в в в . Частота генериеашйа руемого излучения пропорциональна величине внешнего электрического поля еЕа -е щеав2 и.При следующих параметрах структуры: концентрация носителей 10 см.(6 -3 а = 10 см, Р = 0,5 эВ, пороговый ток 1 пор = 10А/смф, а внешнее электрическое поле Е = 10 В/см. При толщине структурц 10 см мощность излучения составляет 100 Вт/см ,