Внутрирезонаторная генерация ик и терагерцового излучения в гетеролазерах

На основе предложенных и развитых сотрудниками института идей впервые в мире было получено когерентное излучение на разностной и суммарной частотах в двух- и многочастотных диодных лазерах на основе GaAs/InGaAs/InGaP-гетероструктур специальной конструкции, содержащих различные квантовые ямы и обеспечивающих внутрирезонаторное смешение разночастотных мод благодаря квадратичной нелинейности полупроводника при комнатной температуре. В частности, уже в простейшей, так называемой двухчиповой конструкции подобных лазеров мощность излучения разностной частоты для среднего инфракрасного диапазона длин волн (8 мкм при длинах волн мод лазерной генерации 0,99 мкм и 1,13 мкм) достигает 1 мкВт при мощности лазерных мод ~1 Вт (работа проведена совместно с ИФМ РАН и НИФТИ ННГУ). В результате экспериментального и теоретического анализа ряда сконструированных и созданных двухчастотных лазеров, прежде всего межзонных каскадных лазеров с туннельным переходом и двухчиповых гетеролазеров с комбинированным резонатором, обеспечивающих устойчивую двухцветную генерацию, найдены способы, позволяющие довести их излучение на разностной частоте до милливаттного уровня мощности и перенести его в дальний ИК-диапазон при комнатной температуре.
Разработаны оригинальные схемы рассматриваемых двухчастотных лазеров с внутрирезонаторным нелинейным смешением двух близких по частоте мод оптического или ближнего ИК-диапазонов длин волн, призванные обеспечить дифракционный вывод излучения разностной частоты через поверхность или подложку, снабженные диэлектрической и/или металлической дифракционными решетками. Указанные схемы вывода излучения разностной частоты позволяют практически исключить его поглощение свободными носителями, во много раз сузить диаграмму направленности, значительно увеличить интеграл перекрытия трех нелинейно взаимодействующих мод, решить проблему их фазового синхронизма, существенно увеличить интенсивность получаемого излучения и эффективность всего процесса внутрирезонаторного нелинейного смешения мод (А. В. Андрианов, В. В. Кочаровский, Вл. В. Кочаровский).

Один из первых образцов (справа — увеличен) двух состыкованных лазерных диодов, образующих общий комбинированный резонатор, в котором осуществлялась наблюдаемая генерация когерентного излучения разностной частоты