Способ формирования световых импульсов полупроводникового лазера

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 4(51) Н 01 Б НИ ЭЕРАникоо т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) СПРОСОВ ФОРМИРОВАНИЯ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАвключающий накачку полупровод"вого монокристалла изучением,л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью сокращения длительности,формируемых световых импульсов при неизменной длительности накачки, накачку производят, по крайней мере,двумя одновременно действующими пучками излучения, размер каждого изкоторых не превышает двадцати толщин возбуждаемой области монокристалла в направлении, не совпадающемс направлением генерации, действующим на различные области полупроводникового монокристалла, не имеющиеобщих границ одна с другой и расположенные на расстоянии, не превышающем десяти длин пробега возбуждаюВщего излучения в. монокристалле,причем уровень накачки выбирают впределах от порогового до стократного превышения над пороговым значением,Изобретение относится к способам формирования световых импульсон продолжительностью в десятые доли наносекунды. С его помощью могут быть изготовлены простые приборы для калибровки фотоэлектронных умножителей, Фотоэлементов и других измерителей света, регистрирующих процессы, длящиеся десятки и сотни пикосекунд.Известен способ Формирования све-. товых импульсов полупроводникового лазера, включающий образование ак;- тивного волновода под действием накачки 11 .Наиболее близок по своей технической сущности к предлагаемому способ Формирования световых импульсов полупроводникового лазера, включающий накачку полупроводникового монокристалла импульсами излучения с управляемой длительностью 2фПолучению коротких импульсов способстнуют малые времена установления режима генерации в полупроводниках.Однако создание импульсных источников накачки, работающих с временами в десятые доли наносекунды, является сложной технической задачей, Так, например, стационарные генераторы быстрых и реля, тнвистских пучков электронов обычно ймеют продолжительность импульсов от двух до 20-30 НС.Цель изобретения - сокращение длительности Формируемых световых импульсов при неизменной длительности накачки.Указанная цель достигается тем,. что в способе формирования световых импульсов полупроводникового лазера, включающем накачку полупроводникового монокристалла излучением, накачку производят, па крайней мере, двумя одновременно действующими пучками излучения,размер каждого из которых не превышает двадцати толщин возбуждаемой обла" сти монокристалла в направлении, не совпадающем с направлением генерации, действующим на различные области полупроводникового монокристалла, не имеющие общих границ одна с другой и расположенные на расстоя нии, не превышающем десяти длин пробега возбуждающего излучения в монокристалле, причем уровень накачки выбирают в пределах от порогово" го до стократного превышения над пороговый значением.: На Фиг,1 представлена Форма све" товых импульсов образца ОаАЯ в зависимости от тока накачки ускори-. теля электронов РИУСс возбуждением через диафрагму с отверстием 5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 диаметром 1,5 мм. Энергия электронов в пучке до 2,2 10 эВ полученан устройствепрототипе.На фиг.2 представлена формасветовых импульсон образца ОаАЯв зависимости от тока накачки ус"корителя РИУСс возбуждением через диафрагму с шестьюдесятью отверстиями диаметром 1 мм и расстоянием между краями ближайших отверстий 1 мм,На Фиг.З представлена Формасветового импульса образца СЙЯ,возбуждаемого электронами генератора ГТИчерез диафрагму с двадцатью отверстиями диаметром 0,3 мми расстоянием между краями ближайших отверстий 0,.3 мм.На Фиг.4 представлен один извозможных вариантов устройства,реализующих данный способ.На Фиг,4изображен источник накачки 1, перничный поток возбуждающего излучения 2, экран 3 из материала,непрозрачного для излучения;.отверстия 4 в экране, полупроводниковый кристалл 5 с резонаторомвозбуждаемые области б в кристалле; световой импульс 7,Устройство работает следующим образом.Источник накачки 1 создает поток возбуждающего излучения 2,который после прохождения через экран 3 делится на несколько пучков излучения, одновременно накачиэающих отдельные возбуждаемые области н кристалле, В результате про"исходит генерация коротких световыхимпульсов, которая происходит засчет изменения направления генера"ции света в возбуждаемых областях.Предлагаемый способ может бытьреализован следующим образом.П р и м е р 1. Кристалл ОаАЯ,.толщина 0,8 мм, диаметр 20 мм, резонатор с зеркалами на френелевскомотражении. Накачка релятивистскимиэлектронами ускорителя РИУС. Плотйость электронного Фока накачки вплоскости полчпооноцникового кристалла 250 А.см- Максимальная энергия электронов 2,210 эВ. В опытахприменялись два экрана: с одним отверстием диаметром 1,5 мм и бО-ю отверстиями диаметром 1 мм, что способствует 1,25 толщины активной области, и расстоянием между краямиближайших отверстий 1 мм, что соответствует 0,3 пробега возбуждающихэлектронов в ОаАЯ. В первом случаедлительность лаеерной вспышки близка к длительности электронного импульса и составляла 19 нс на полувысоте (см.фиг.1, третья кривая снизу). При использовании экрана сб 0-ю отверстиями была зарегистрироВаиа длительность вспышки 1,8 нс(см,фиг.2, пятая кривая снизу). Истинная длительность с учетом разрешающего времени регистрирующего тракта (коаксиальный фотоэлемент ФЭК, 25 м высокочастотного кабеля РК-9-12, осциллограф 6 ЛОР) не превышала 0,5 нс.П р и м е р 2. Кристалл СЙЯ толщиной 0,05 мм, диаметром 20 мм на .,сапфировой подложке, полупрозрач" ное зеркало нанесено на наружную.по" верхность сапфира. Облучение производилось со стороны, глухого зеркала, нанесенного на поверхность кристалла.Облучатель-генератор однократных электронных импульсов ГТИс длительностью электроного тока на полувысоте (7 - 8)10 ) с и энергией электронов 0,5 ф 10 эВ. Преобразо 6ванне лазерного света в импульс тока осуществлялось скоростным фото" элементом СДФ. Запись сигналов производилась на осциллографе СРГ. При использовании экрана с 20-ю отверстиями диаметром 0,3 мм, что соответствует 6 толщинам активной области; и расстоянием между ближайшими отверстиями 0,3 мм, что соответствует 1,6 пробега возбуждающих электронов в СЙЯ, измеренная длительность лазерной вспышки на полувысоте оказалась 7 "10 юс (см.фиг.3) . С учетом разрешающего времени реальная длительность Ь с 5 10 ю с, При той же плотности тока (3=100 А см ) и постановке экрана с одним отверстием диаметром 0,3 мм длительность световых импульсов была близка к длительности накачки 6 10с.П р и м е р 3, Прибор для полу чения калибровочных световых вспышек субнаносекундного диапазона. Осно." ва - стандартный портативный рентгеновский аппарат МИРАД производства ленинградского завода 1 Буревестникф, Рентгеновская трубкааппарата заменена импульсной электронной трубкой объединения Светланаф типа ИМА-150 э с бериллиевымокном толщиной 150 мкм, Энергияэлектронов в атмосфере й 100 кэВ,плотность тока в плоскости полупро О водниковых образцов 100 А см.Длительность электронного импульса на полувысоте 2,5 нс. Ддя изменения продолжительности световойвспышки перед входным окном трубки 15 расположено устройство, позволяющее вводить в пучок крйсталлы СОЯ,снабженные диафрагмой с одним отверстием или экраном с 20-ю отверстиями. Диаметр отверстий и промежутки между ними выполнены так же, какв примере 2. Таким путем оказалосьвозможным получать световые вспышки с длительностью в 2 нс при одном.отверстии и менее 0,5 нс при 20 отверстиях на длине волны 526 нм. Использование описываемого способа обеспечивает по сравнению с существующими способами .следующие .30 преимущества:а) возможность получения субнаносекундных световых импульсов независимо.отдлительности импульса накачки;б) пРименение промышленных образцов генераторов излучения (например, аппарата МИРАД с электронной трубкой ИМА-150 Э);в) исключение дополнительныхустройств (например, нелинейных 40 оптических элементов), управляющихдлительностью лазерной вспышки.1072722 г гГ фф Редактор С.Титова Техред Ъ.Бабинец Корр Л.Пилипенко,Заказ 144/4 Тираа ВНИИПИ Государстве по делам иэобре 113035, Москва, Ж38 . Подписноеного комитета СССРений и открытий35, Рауюская наб., д.4 илиал,ППП фйатент, г.Уигород Проек