20. Надайте визначення робочої речовини або активного середовища. Перелічите та коротко

поясніть методи створення інверсійної населеності в напівпровіднику.

Середовище може пiдсилювати електромагнiтне випромiнювання, якщо в ньому створена iнверсiйна заселенiсть (або iншими словами – вiд’ємна температура). Такий стан активної речовини досягається в термодинамiчних i нерiвноважних системах за допомогою накачування активного середовища енергiєю.

Робочi речовини (атомнi, iоннi, молекулярнi системи), що використовуються у квантових приладах, характеризуються великою рiзноманiтнiстю i можуть перебувати в рiзних агрегатних станах – газоподiбних, твердих i рiдких.

Умова отримання iнверсiйної заселеностi у напiвпровiдникових матерiалах залежить вiд типу переходу (наприклад, зона- зона, зона-домiшка, переходи мiж рiвнями домiшок та переходи мiж рiвнями розмiрного квантування, що належать однiй зонi, або внутрiшньозоннi переходи).

Для створення iнверсiйної заселеностi у напiвпровiдниках широко використовують такi методи: оптичне накачування, збудження пучком швидких електронiв, пряме електричне збудження, iнжекцiя носiїв заряду через p-n - перехiд i т.д.

- При оптичному накачуваннi iнтенсивний свiтловий потiк спрямований на поверхню напiвпровiдника. За умови hνn > ∆E (νn – частота сигналу накачування) електрони iз валентної зони переходять до зони провiдностi, що призводить до 84 порушення рiвноважного стану в робочiй речовинi.

- Якщо на поверхню напiвпровiдника направити пучок електронiв з енергiєю порядку 20 000еВ, то у тонкому поверхневому шарi виникає велика кiлькiсть пар електрондiрка. З краю зони провiдностi збираються електрони, а з краю валентної зони – дiрки. В результатi рекомбiнацiї виникає лазерне випромi- нювання. Можливiсть сканування i високоефективної модуляцiї лазерного випромiнювання – однi iз переваг такого методу збудження.

- При розмiщеннi напiвпровiдника у сильному електрично- му полi (порядку 105В/см) у ньому утворюються нерiвноважнi електрони i дiрки вiдповiдно у зонi провiдностi та валентнiй зонi. Це вiдбувається або за рахунок ударної iонiзацiї, або за рахунок вiдриву електронiв i дiрок електричним полем.

- Метод iнжекцiї носiїв заряду через p - n - перехiд. У цьому випадку використовується p - n - перехiд у вироджених напiвпровiдниках.

21. Надайте визначення робочої речовини або активного середовища. Перелічите та коротко

поясніть методи створення інверсійної населеності в кристалах та стеклах.

Середовище може пiдсилювати електромагнiтне випромiнювання, якщо в ньому створена iнверсiйна заселенiсть (або iншими словами – вiд’ємна температура). Такий стан активної речовини досягається в термодинамiчних i нерiвноважних системах за допомогою накачування активного середовища енергiєю.

Робочi речовини (атомнi, iоннi, молекулярнi системи), що використовуються у квантових приладах, характеризуються великою рiзноманiтнiстю i можуть перебувати в рiзних агрегатних станах – газоподiбних, твердих i рiдких.

Розглянемо метод накачування додатковим випромiнюванням (оптичне накачування). Цей метод є найбiльш унiверсальним i використовується для накачування твердотiльних лазерiв на парамагнiтних кристалах, склi, для рiдинних лазерiв, також може застосовуватись у напiвпровiдникових i газових лазерах. Сутнiсть методу полягає у тому, що активну речовину опромiнюють потужним електромагнiтним випромiнюванням, яке має назву випромiнювання накачування.

Це випромiнювання пiдбирають таким чином, щоб воно поглиналось активною речовиною, яка переводить активнi центри з основного стану до збудженого. Джерелом накачування в оптичному дiапазонi можуть бути рiзноманiтнi джерела свiтла, у тому числi й звичайнi лампи нагрiвання, спецiальнi потужнi ксеноновi лампи-спалаху, ртутнi лампи, напiвпровiдниковi дiоди, джерела сонячного випромiнювання та iншi.