Разрешающая способность лазерных трубок (квантоскопов) и методы уменьшения расходимости и излучения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Созинов, Сергей Борисович

• Созинов, Сергей Борисович
• кандидат физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Созинов, Сергей Борисович

ВВЕДЕНИЕ

Постановка задачи

Актуальность и новизна работы

Защищаемые положения

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1.Физико-технические параметры квантоскопов

1.2. Проблемы расходимости лазерных проекционных трубок

ГЛАВА II РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ЛАЗЕРНЫХ ПРОЕКЦИОННЫХ ТРУБОК С ГАУССОВЫМ ПРОФИЛЕМ ПЛОТНОСТИ ТОКА В ПУЧКЕ НАКАЧКИ

2.1. Преобразование Френеля-Кирхгоффа оптического поля излучения ПЛЭН для пучка накачки с гауссовым распределением плотности тока

2.2.Экспериментальное определение разрешающей способности лазерных проекционных трубок. Сравнение с результатами расчетов

ГЛАВА III УМЕНЬШЕНИЕ РАСХОДИМОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРОВ С ЭЛЕКТРОННОЙ НАКАЧКОЙ

3.1 .Расчет пороговых характеристик лазера с продольным возбуждением в случае кольцеобразного распределения плотности тока в пучке накачки

3.2. Распределение комплексной амплитуды и фазы оптического поля излучения ПЛЭН в ближней зоне для кольцевого профиля накачки

3.3.Расчет поля излучения ПЛЭН в дальней зоне

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разрешающая способность лазерных трубок (квантоскопов) и методы уменьшения расходимости и излучения»

Полупроводниковые лазеры находят сегодня целый ряд важных применений в различных областях и устройствах. Из наиболее значимых следует отметить устройства для волоконно-оптической связи, оптические считывающие головки в компакт-дисковых системах [5]. В настоящее время полупроводниковые лазеры на ваЛв широко применяются для накачки мощных твердотельных лазеров (например, Ыс1:УА6).

Накачку полупроводниковых лазеров можно осуществить различными способами, что действительно было проделано. До сих пор наиболее удобным методом возбуждения является использование полупроводника в виде диода, в котором возбуждение происходит за счет тока, протекающего в прямом направлении. В этом случае инверсия населенностей достигается в узкой (<1 мкм) полоске между р- и п- областями перехода. Можно выделить два основных типа полупроводниковых лазерных диодов, а именно лазер на гомопереходе и лазер на двойном гетеропереходе (ДГ). Лазер на гомопереходе представляет интерес главным образом благодаря той роли, которую он сыграл в историческом развитии лазеров (так были устроены первые диодные лазеры). Действительно, только после изобретения лазера на гетеропереходе в 1969 г. [6-8] стала возможной работа полупроводниковых лазеров в непрерывном режиме при комнатной температуре, в результате чего открылся широкий спектр применений, в которых эти лазеры теперь используются.

Помимо возбуждения за счет электрического тока, протекающего в прямом направлении (так называемые инжекционные лазеры), в качестве накачки можно использовать внешний электронный пучок или пучок от другого лазера для продольного или поперечного возбуждения в объеме полупроводника. В данной работе будут рассматриваться полупроводниковые лазеры, в которых инверсия заселенности с последующей вынужденной излучательной рекомбинацией неравновесных носителей- электронов и дырок достигается при возбуждении полупроводникового кристалла электронным пучком с энергией электронов порядка 50-100 кэВ. 5

Первый полупроводниковый лазер с электронной накачкой (ПЛЭН) был создан в 1964 году на основе монокристалла сульфида кадмия [4]. Несколько позже была получена генерация лазерного излучения на арсениде галлия и других полупроводниковых соединениях в широком диапазоне длин волн (0.3210 мкм).

Позднее, в 1967 г. Н.Г. Басовым, О.В. Богданкевичем и A.C. Насибовым была подана заявка на изобретение квантоскопа - отпаянной лазерной электронно-лучевой трубки (ЛЭЛТ) [1]. В данном устройстве полупроводник возбуждается сканирующим (по оси X и по оси Y) электронным пучком. Световое излучение лазерного экрана такой трубки обладает направленностью, когерентностью, большой яркостью.

Несмотря на то, что ПЛЭН не получили такого широкого практического применения как инжекционные диодные лазеры, тем не менее в ряде практических применений лазерной техники полупроводниковые лазеры с электронно-лучевой накачкой могут с успехом конкурировать с лазерами других типов, а в ряде случаев позволяют получать такие параметры лазерных устройств, которые не возможно получить другим способом [2]. Имеющиеся на сегодняшний день преимущества ПЛЭН дают возможность использования их в следующих технических устройствах:

•проекционных устройствах отображения информации, на экранах коллективного пользования, работающих в форматах сверхвысокой четкости (VGA, SVGA) [3,49-51]; •системах регистрации быстропротекающих процессов и навигации, где применяются импульсные лазерные трубки, генерирующие наносекундные световые импульсы мощностью в несколько мегаватт практически в любом спектральном диапазоне от среднего ИК до ближнего УФ [52-55]; •в растровой оптической микроскопии [38,39]; •оптоэлектронных запоминающих устройствах [3];

•в устройствах фотодинамической терапии и флуоресцентной диагностики онкологических заболеваний [56,57].

Основные характеристики ПЛЭН, такие как КПД, длительность импульса, импульсная и средняя мощность генерации, диаграмма направленности 6 излучения и т.д., существенно зависят от конструкции резонатора и электронно-оптических систем, формирующих электронный пучок [2]. К наиболее распространенным следует отнести лазеры с поперечной и продольной накачкой.

В случае поперечной накачки (Рис.1 а) пучок электронов, сформированный электронно-оптической системой, направляется на одну из граней полупроводникового кристалла, представляющего собой параллелепипед, противоположные грани которого (1 \л 2) сделаны строго параллельными (полировкой или скалыванием по плоскостям 1 спайности) и служат зеркалами плоского резонатора. При этом глубина активной области лазера зависит от энергии первичного электронного пучка Ее. При изменении Ее от 10 до 200 кэВ эффективная глубина активной области меняется от 1-2 до ~60 мкм. При такой геометрии резонатора и при условии, что распределение плотности электронного пучка по облучаемой грани кристалла однородно, распределение коэффициента усиления в активной области оказывается однородным вдоль оси резонатора и неоднородным в поперечном направлении. Отражение части вынужденного излучения от граней кристалла У и 2 позволяет создать обратную связь и получить генерацию света в направлении, перпендикулярном направлению распространения электронного пучка. Отсюда и название - лазер с поперечной накачкой [2].

В полупроводниковых кристаллах при разумных уровнях. накачки достигается коэффициент усиления света порядка 103-104 см"1, т. е. на длине несколько микрометров (сравнимой с глубиной проникновения электронного пучка в кристалл) оптическое усиление компенсирует потери на торцах. Это позволяет применить несколько иную геометрию лазера, использовав в качестве активной среды тонкие слои полупроводниковых монокристаллов, нанесенные на подложку (рис.1 б). Оптическое излучение, генерируемое лазером этого типа, распространяется в том же направлении, что и пучок электронов. Можно представить себе несколько вариантов таких резонаторов. В одном из них направление генераций оптического излучения совпадает с направлением падающего пучка, в другом электронный пучок падает на полупроводниковую мишень под некоторым углом, а оптическое излучение распространяется в направлении, перпендикулярном плоскости 7 полупроводникового слоя. Лазеры с такой схемой возбуждения получили впоследствии название лазеров с продольной или торцевой накачкой.

Разработанные на базе таких лазеров отпаянные электронно-лучевые трубки получили название «КВАНТОСКОПЫ» [3].

Наибольшее развитие пока получили квантоскопы, работающие при коллинеарном направлении электронного и лазерного пучков. При такой геометрии электронный луч накачки проходит через глухое зеркало, а лазерный луч - через полупрозрачное выходное зеркало, клеевой слой и лейкосапфировую подложку, которая одновременно является выходным окном квантоскопа и хладопроводом для охлаждения лазерной мишени. Именно квантоскопы такого типа освоены в промышленном производстве.

При продольной накачке становится возможным пространственно-непрерывное двухкоординатное сканирование лазерного излучения [9]. Это открывает ряд перспективных применений сканирующих полупроводниковых лазеров с продольной накачкой электронным пучком, в которых они могут иметь несомненные преимущества перед другими приборами (проекционные телевизоры, быстродействующие устройства вывода информации из ЭВМ, оптические запоминающие устройства со сверхбольшой емкостью, в том числе голографические, растровая оптическая микроскопия и др.).

В существующих квантоскопах используются электронно-оптические системы возбуждения полупроводниковой мишени сканирующим электронным пучком с распределением плотности тока в пучке, близким к гауссову. При таком способе возбуждения лазерного экрана в полупроводнике образуется активная область с радиальным распределением коэффициента усиления, близким к гауссову и из-за радиальной неоднородности коэффициента рефракции в активной области формируется электромагнитное поле с выпуклым волновым фронтом.

Таким образом, из-за начального набега фазы на выходном зеркале волновой фронт оказывается не плоским, а почти сферическим.

В случае мод более высокого порядка, набег фазы на выходном зеркале значительно больше, чем для основной моды. Для моды К1 он больше в 4 раза, а для моды К5 - в 17 раз, тогда как эффективная ширина распределения поля мод на выходном зеркале меняется не более, чем в 1.5-1.8 раза [12]. Это 8 обстоятельство приводит к большей расходимости поля высших мод по сравнению с расходимостью эквивалентного гауссового пучка.

Высокая расходимость излучения ПЛЭН ведет к значительным потерям излучения при его вводе в оптическую систему, например, объектив или световод, снижению разрешающей способности при использовании лазерного электронно-лучевого прибора в системах отображения информации или растровой оптической микроскопии.

Как показывают эксперименты, диаграмма направленности излучения квантоскопов действительно не определяется самодифракцией на выходной апертуре оптического пучка.

Так, например, при диаметре электронного пучка накачки ~80 микрон угол дифракционной расходимости основной гауссовой моды должен быть порядка 610"3 радиан , тогда как на практике этот угол 6-10 градусов, т.е. примерно в 15-30 раз больше.

В данной работе рассматриваются лазеры с продольной накачкой пучком электронов, направленных коллинеарно направлению излучения данного лазера.

Последовательное решение задачи о порогах возбуждения и конфигурации полей высших неаксиальных типов колебаний таких лазеров было получено в работах С.А. Дарзнека и Л.А. Тумановой [10,24] на основе квазиклассического приближения и точного решения комплексного уравнения Гельмгольца. В этих работах показано, что диаграмма направленности полупроводниковых лазеров формируется преимущественно за счет высших поперечных типов колебаний, разность в порогах генерации которых уменьшается по мере роста уровня накачки. Расчеты, выполненные как для лазеров с электронно-пучковой накачкой, так и многополосковых инжекционных лазеров, показали, что эта модель хорошо описывает имеющиеся экспериментальные данные.

В последствии аналогичные расчеты, но численными методами, были выполнены в работе Р.Ф. Набиева и Ю.М. Попова [13]. Результаты обеих работ довольно хорошо соответствуют друг другу.

Аналитическое выражение для распределения комплексной амплитуды поля в ближней зоне для полупроводниковых лазеров, возбуждаемых 9 остросфокусированным пучков электронов, с гауссовой формой радиального распределения плотности тока в пучке, в случае аксиальной симметрии выражается через вырожденную гипергеометрическую функцию, представляющую собой присоединенный полином Лагерра [10].

Радиальная неоднородность рефракции определяется не только неравномерным нагревом активной области лазера, но и неоднородным распределением коэффициента усиления и неоднородным распределением концентрации неравновесных носителей, изменяющим ширину запрещенной зоны. Каждый из названных механизмов вносит различный вклад в изменение коэффициента преломления, но действуют они совместно и роль каждого зависит от режима накачки.

Исходя из вышеизложенного, были поставлены следующие задачи:

1. Разработать экспериментальную методику по исследованию разрешающей способности лазерных электронно-лучевых трубок при различных условиях фокусировки когерентных квазигауссовых пучков. Исследовать влияние многомодового состава излучения квантоскопа на разрешающую способность прибора.

2. Изучить возможность управления расходимостью излучения лазера путем изменения параметров накачки (формы распределения плотности тока в пучке накачки), разработать модель полупроводникового лазера с электронным возбуждением с принципиально новой (кольцеобразной) формой возбуждающего электронного пучка.

3. Рассчитать распределения интенсивности оптического поля полупроводникового лазера в ближней и дальней зоне в случае кольцевой формы накачки. Исследовать влияние геометрических параметров кольцевого пучка накачки на пороговые условия и расходимость полупроводникового лазера возбуждаемого электронным пучком предложенной формы.

4. Рассмотреть вопросы, касающиеся усовершенствования лазерных сканирующих микроскопов на базе полупроводникового лазера с электронным возбуждением.

10

Научная новизна и актуальность работы заключается в следующем:

• с помощью интегрального преобразования Френеля-Кирхгофа построены распределения комплексных амплитуд оптического поля первых шести мод в плоскости минимальной фокусировки для полупроводникового лазера с традиционным гауссовым профилем электронного пучка накачки; экспериментально установлено, что наличие высших мод в излучении рассматриваемого лазера практически не ухудшает параметры фокусировки его излучения как на большой экран, так и на предметную плоскость при использовании его в микроскопе [12,45];

• экспериментально показано, что радиус минимальной каустики в режиме генерации основной моды оказывается в шесть-восемь раз меньше, чем радиус фокусировки того же источника до порога, несмотря на увеличение тока электронного пучка накачки и связанное с этим увеличение его радиуса;

• разработана экспериментальная методика по исследованию разрешающей способности и расходимости излучения лазерных проекционных трубок при изменении модового состава в их излучении и экспериментально показано, что разрешающая способность лазерных проекционных трубок значительно выше, чем у ламбертовских источников света (для основной моды в шесть-восемь раз, для многомодового излучения - в пять-шесть раз), что позволяет при проекции изображения с помощью квантоскопов значительно увеличить количество элементов разложения в кадре (в режиме генерации основной моды было достигнуто около 3500 пикселей на строку и около 400 пикселей в режиме катодолюминесценции) [12,31,47,48];

• предложен принципиально новый способ накачки полупроводниковой мишени пучком ускоренных электронов с кольцеобразным распределением плотности тока в пучке [11,46];

• расчет диаграммы направленности при различных параметрах электронного пучка показал, что данный способ возбуждения позволяет уменьшить расходимость излучения полупроводникового лазера с электронной накачкой в 2.5-3 раза по сравнению с традиционным гауссовым профилем возбуждения; кроме того, изменяя параметры трубчатого пучка накачки (соотношение внутреннего и внешнего диаметров кольца) представляется

11 возможным в процессе работы лазера управлять фазой излучения, а следовательно и его расходимостью; таким образом, новый способ накачки ПЛЭН обеспечивает более эффективный ввод лазерного излучения в оптический световод или объектив, а также позволяет в 6-9 раз увеличить яркость светового пятна излучения квантоскопа;

• рассчитаны пороговые характеристики лазера с кольцевым профилем накачки; определены оптимальные геометрические параметры возбуждающего электронного пучка, которые удовлетворяют пороговым требованиям и обеспечивают минимальную расходимость полупроводникового лазера с электронным возбуждением [46] (из проведенных расчетов следует, что внутренний диаметр кольцевого пучка накачки лежит в пределах 5-30 мкм, а внешний- в пределах 12-80 мкм);

• адекватность выбранной модели следует из того факта, что в предельном случае, когда радиус кольца в распределении плотности тока в пучке накачки равен нулю (то есть когда реализован гауссов профиль накачки) все рассчитанные характеристики не отличаются от построенных ранее теоретических зависимостей, а также от полученных экспериментальных результатов при использовании гауссовых пучков накачки;

• в работе разработан вариант схемы лазерного растрового оптического микроскопа, которая использует в качестве излучателя отражательный квантоскоп и не содержит в оптическом тракте ни одной плоскопараллельной пластины (сопутствующие схемам растровых оптических микроскопов на базе просветных квантоскопов), что позволяет довести разрешение микроскопа до предельной величины; также предлагается вариант цветного лазерного сканирующего микроскопа на базе модифицированного квантоскопа, энергетические, технические параметры, а также характеристики по цветопередаче которого не имеют аналогов в областях оптической микроскопии и флуоресцентного анализа микрообъектов.

Защищаемые положения:

1. Экспериментально установлено, что разрешающая способность лазерных электронно-лучевых трубок в шесть-восемь раз выше (для основной

12 моды излучения), чем у традиционных нелазерных источников света. В режиме генерации одной продольной моды разрешающая способность квантоскопа составила 3500 пикселей на строку, тогда как в режиме катодолюминесценции (ламбертовский источник) было достигнуто 400-500 пикселей.

2. Экспериментальным путем показано, что размер пятна фокусировки лазерного излучения квантоскопа определяется не размером электронного пучка накачки, а когерентными свойствами излучения полупроводникового лазера с электронной накачкой. В проведенном эксперименте при фиксированном радиусе электронного пучка равном 44 мкм радиус каустики излучения квантоскопа (на расстоянии 575 см от линзы с фокусным расстоянием 10 см) оказался равным 0.35 мм в режиме одномодовой генерации (напряжение на трубке 62.5 кВ). При этом в допороговом режиме работы квантоскопа (ускоряющее напряжение 62 кВ) радиус минимальной фокусировки при тех же условиях эксперимента составил 2.7 мм. Таким образом, для увеличения разрешающей способности квантоскопа на проекционном экране нет необходимости уменьшать диаметр электронного пучка накачки или увеличивать размер трубки (что неизбежно в случае нелазерных источников света).

3. Рассмотрена модель полупроводникового лазера с электронным возбуждением в случае, когда распределение плотности тока в пучке накачки представлено в виде кольца. Расчитаны пороговые характеристики генерации полупроводникового лазера возбуждаемого электронным пучком кольцевой формы.

4. Расчетным путем показано, что оптимальные размеры кольцевого пучка накачки, при которых достигается минимальная расходимость полупроводникового лазера с продольным электронным возбуждением, лежат в пределах: 5-30 мкм для внутреннего диаметра кольца в пучке и 12-80 мкм для внешнего. В этом случае расходимость излучения ПЛЭН может быть уменьшена в 2.5-3 раза по сравнению с расходимостью лазеров, возбуждаемых пучками с традиционным гауссовым профилем возбуждения, что позволяет увеличить яркость излучения квантоскопа в 6-9 раз.

5. На основе экспериментальных исследований разрешающей способности лазерных сканирующих микроскопов показано, что использование

13 отражательного квантоскопа в конструкции растрового оптического микроскопа позволяет добиться предельной разрешающей способности, характерной устройствам такого типа (при использовании просветных квантоскопов этому препятствовало наличие в оптическом тракте микроскопа одной или нескольких плоскопараллельных пластин, приводящих к ухудшению разрешающей способности прибора).

14

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Созинов, Сергей Борисович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Вопрос улучшения оптических и технических характеристик полупроводниковых лазеров с электронным возбуждением (таких как расходимость излучения, разрешающая способность, ускоряющее напряжение и т.д.), а также усовершенствования приборов на их основе является на сегодняшний день довольно актуальным. Решение данных проблем определенно расширяет область применения квантоскопов в науке и технике. В связи с чем в начале работы были сформулированы определенные задачи: исследовать влияние многомодового состава излучения квантоскопа на условия фокусировки и разрешающую способность прибора; для улучшения диаграммы направленности разработать модель полупроводникового лазера, возбуждаемого трубчатым электронным пучком; рассмотреть вопросы, касающиеся усовершенствования растровых оптических микроскопов на базе лазерных проекционных трубок.

Для решения поставленных задач было сделано следующее: 1. Теоретически и экспериментально получены распределения оптического поля излучения полупроводникового лазера с электронной накачкой в плоскости минимальной фокусировки при проекции лазерного излучения тонкой линзой на отдаленный экран в случае, когда профиль накачки в плоскости входного зеркала квантоскопа имеет гауссово распределение плотности тока. Эксперимент проводился при различных значениях ускоряющего напряжения на катоде лазерной трубки. Это позволило установить, как влияет многомодовый состав излучения полупроводникового лазера с электронным возбуждением на расходимость и разрешающую способность проекционных систем на их основе. Результаты эксперимента показали, что появление высших мод в излучении лазерных трубок при увеличении ускоряющего напряжения сказывается на разрешающей способности прибора, но даже в случае многомодового состава излучения квантоскопа, его разрешающая способность остается в 5-6 раз лучше, чем у нелазерных электронно-лучевых трубок. В режиме одномодовой генерации

106 было получено около 3500 пикселей на строку, тогда как по электронной оптике (режим катодолюминесценции) было достигнуто около 400 пикселей. Радиус пятна фокусировки на отдаленном экране в допороговом режиме (напряжение на трубке 62 кВ) составил 2.7 мм, тогда как в режиме генерации (ускоряющее напряжение 62.5 кВ) эта величина оказалась равной 0.35 мм. Таким образом, размер пятна фокусировки лазерного излучения квантоскопа определяется не размером электронного пучка накачки, а когерентными свойствами излучения ПЛЭН.

2. Разработан способ возбуждения полупроводникового лазера с электронной накачкой, при котором появляется возможность управлять расходимостью излучения такого лазера путем оперативного электронного управления системой формирования пучка накачки.

Данный способ заключается в использовании трубчатого электронного пучка для возбуждения полупроводниковой мишени вместо традиционного пучка накачки с гауссовым профилем плотности тока по сечению. Расчетным путем показано, что использование кольцевого пучка накачки позволяет уменьшить расходимость излучения полупроводникового лазера с электронным возбуждением в 2.5-3 раза, обеспечить более эффективный ввод лазерного излучения в оптический световод или объектив, а также позволяет в 6-9 раз увеличить яркость светового пятна излучения квантоскопа.

3. Построены пороговые зависимости генерации основной моды полупроводникового лазера для кольцевой формы электронного пучка накачки. Показано, что при увеличении радиуса кольцеобразного распределения плотности тока в пучке концентрация неравновесных носителей заряда на пороге генерации возрастает. В случае, когда радиус кольца в распределении электронов стремиться к нулю и профиль накачки становится гауссовым, рассчитанные пороговые характеристики совпали с полученными ранее зависимостями для гауссового пучка накачки.

4. Определены оптимальные размеры предложенного пучка накачки, при которых выполняются и пороговые условия генерации и требования по расходимости излучения. Для радиуса Р0 и полуширины 14* кольцевого распределения плотности тока в возбуждающем пучке были получены следующие величины:

107 для [?*=15 мкм следует брать Р0=12-13 мкм; для РЧ*=25 мкм следует брать ^=19-20 мкм.

Изменение параметров ^ и ^ в пределах полученных значений позволяет добиться наименьшей расходимости полупроводникового лазера с электронным возбуждением.

5. Исходя из расчетов, построены распределения интенсивности оптического поля полупроводникового лазера с новым профилем возбуждения в дальней и ближней зоне при различных параметрах возбуждающего пучка. Показано, что при увеличении радиуса кольца в распределении накачки размер области генерации растет, волновой фронт при этом становиться все более плоским. В этом случае наблюдается сужение диаграммы направленности до определенного значения (расчет оптического поля в дальней зоне для кольцевого пучка накачки показал, что полуширина диаграммы направленности составила 0.8-1,2 градуса для основной моды излучения и приблизительно 22.4 градуса для мод более высокого порядка). Дальнейшее увеличение радиуса кольца приводит к росту расходимости излучения.

6. Расчитаны аксиальные распределения оптического поля излучения полупроводникового лазера, возбуждаемого трубчатым электронным пучком. Показано, что положение каустики на оптической оси сильно зависит от радиуса 13о и толщины К* кольца в распределении плотности тока электронного пучка накачки. Для значений соответствующих наиболее узкой диаграмме направленности каустика располагается на расстоянии:

• 2-250 мкм (/ = 0, Ро=12.5 мкм), г~380 мкм (1 = 1, [Чо=12.5 мкм) для К*=15 мкм;

• г~500 мкм (/ = 0, ^=19.25 мкм), г~800 мкм (/ = 1, Ро=20 мкм) для 13*=25 мкм; от выходного зеркала. Таким образом изменяя параметры электронного пучка накачки предложенной формы можно изменять положение каустики лазерного пучка вдоль оси г.

7. Для проверки разработанной модели были построены распределения оптического поля в ближней и дальней зоне для предельного значения Р0=0. Параметры для расчетов были взяты такими же, какие использовались в экспериментах с гауссовым профилем накачки. Результаты вычислений показали, что выбранная модель и методика расчета вполне соответствуют

108 полученным экспериментальным данным для традиционных способов возбуждения ПЛЭН.

8. Предложена оптическая схема растрового оптического микроскопа на базе отражательного квантоскопа. Преимущество данной схемы перед РОМ с прямым квантоскопом заключается в отсутствии плоскопараллельных пластин в оптическом тракте прибора. Таким образом, используя данное преимущество можно достичь предельной разрешающей способности, характерной лазерным сканирующим микроскопам.

9. Рассмотрена оптическая схема цветного растрового микроскопа на базе усовершенствованной лазерной трубки, в которой формируются три оптических растра- красный, зеленый и синий. Перечислены основные полупроводниковые кристаллы и соответствующие им длины волн оптического излучения, на базе которых можно сконструировать лазерный цветной микроскоп со всеми преимуществами лазерных проекционных трубок- квантоскопов.

В заключении следует заметить, что предложенный способ накачки в виде кольцевого гауссового пучка, по-видимому, не является оптимальным, так как широкие крылья такого пучка на периферии распределения плотности тока (в которых сосредоточена значительная мощность) не позволяют уменьшить расходимость лазерного пучка более чем в 3-4 раза.

Для оптимизации задачи необходимо решать, по существу, обратную задачу: найти такое распределение плотности тока по радиусу, которое приводит к формированию плоского волнового фронта излучения квантоскопа. При решении этой задачи придется решать интегральные уравнения, которые приводят к так называемым некорректным задачам математической физики и представляют предмет отдельного исследования.

109

Работа выполнена при поддержке научно-внедренческого предприятия «Модус» Российской Академии Наук.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю Олегу Владимировичу Богданкевичу за предложенную тему работы и активное руководство.

Автор искренне благодарит Котюкова А.Н. за непосредственное участие в постановке экспериментов и обсуждении результатов; Кузнецова В.П., Семерьянова Ф.Ф., Олихова И.М., Плешанова П.Г. за ценные советы и участие в работе.

110

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Созинов, Сергей Борисович, 1998 год

1. Басов H.Г., Богданкевич О.В., Насибов A.C. «Электронно-лучевая трубка», Авторское свидетельство СССР № В 3172 с приоритетом от 20 февраля 1967 года.

2. Богданкевич О.В. «Полупроводниковые лазеры с накачкой электронным пучком», Квантовая электроника, 21, №12, 1994.

3. Уласюк В.Н. Квантоскопы, М.: -Радио и связь, 1979.

4. Басов Н.Г., Богданкевич О.В., Девятков А.Г. «Возбуждение полупроводникового квантового генератора пучком быстрых электронов», ДАН СССР, т.155, №4, 1964.

5. Звелто О. Принципы лазеров, М.: -Мир 1990.

6. Алферов Ж.И., Андреев В.М., Корольков В.И., Портной Е.Л., Третьяков Д.Н. Физика полупроводников, т.2,1969.

7. Hayashi I., Panish М.В., Foy P.W., IEEE J. Quantum Electron., QE-5, 211 (1969).

8. Kressel H„ Nelson H„ RCA Rev., 30, 106, 1969.

9. Packard I.R., Tait W.C., Dierssen G.H. «Two-Dimensionally Scanable Electron-Beam-Pumped Lasers», Appl. Phys. Lett., 19, №9, 1971.

10. Дарзнек C.A., Туманова Л.А. «Неаксиальные типы колебаний в полупроводниковых лазерах с неоднородным возбуждением», Квантовая электроника, 13, №8, 1986.

11. Богданкевич О.В., Меерович Г.А., Олихов И.М., Садчихин A.B., Созинов С.Б. «Способ возбуждения экрана лазерного электронно-лучевого прибора», Авторское свидетельство № 98102715/25(003537) с приоритетом от 24 февраля 1998 года.

12. Богданкевич О.В. «О разрешающей способности лазерных электроннолучевых трубок- квантоскопов», Квантовая электроника, 23, №2, 1996.

13. Набиев Р.Ф., Попов Ю.М. «Самофокусировочные явления и диаграмма направленности излучения в полупроводниковых лазерах с продольной накачкой электронным пучком», Труды ФИАН, 202, 1991.1.l

14. Басов Н.Г., Богданкевич О.В., Печенов А.Н. и др. «Полупроводниковый квантовый генератор с внешним резонатором», ЖЭТФ, 55, №5 (11), 1968.

15. Фокс А., Ли Т. Резонансные типы колебаний в интерферометре квантового генератора, Лазеры М.:ИЛ, 1963.

16. Лаврушин Б.М. « Исследование полупроводниковых квантовых генераторов на основе GaAs», Труды ФИ АН, 59 М.: Наука, 1972.

17. Богданкевич О.В., Садчихин A.B., Созинов С.Б., Уласюк В.Н., и др. «Проекционные системы отображения информации на основе квантоскопов», Техника кино и телевидения, №10, 1998.

18. Богданкевич О.В., Донской Е.Д., Коваленко В.А., Паниткин Ю.Г., Тарасов М.Д., Дарзнек С.А. Таблицы рекомендованных справочных данных ГСССД. Полупроводниковые соединения AmBvi. Распределение плотности потерь энергии. М.: ГСССД, Р231, 1987.

19. Зубович A.A., Меерович Г.А., Степушкин В.А., Уласюк В.Н., В сб.: Физические явления в приборах электронной техники, М.: изд-е. МФТИ, 1985.

20. Зубович A.A., Коновалов А.Д., Меерович Г.А., Степушкин В.А., Уласюк В.Н., В сб.: Физические явления в приборах электронной техники, М.: изд-е. МФТИ, 1986.

21. Козловский В.И., Насибов A.C., Печенов А.Н., Резников П.В., Скасырский Я.К. Квантовая электроника, 5, 1978.

22. Козловский В.И., Резников П.В. «Диаграмма направленности излучения лазерных ЭЛТ», Труды ФИАН, 202, 1991.

23. Андреев И.Н., Богданкевич О.В., Гущин М.В., Меерович Г.А., Уласюк В.Н. Квантовая электроника, 6,1979.

24. Туманова Л.А. Дисс. Канд.Физ.-мат.Наук, ВНИЦ ПВ Госстандарта СССР, М., 1988.

25. Богданкевич О.В., Воробьев Н.Д., Зверев М.М., Копыт С.П., Красавина Е.М., Крюкова И.В., Певцов В.Ф., Ушахин В.А., Якушин В.К. Квантовая электроника, 12, 1985.

26. Wilkinson J.H. The algebraic eigenvalue problem. Oxford: Clarendon press, 1965.

27. Печенов A.H., Скорбун С.Д. «Лазерный волоконно-оптический экран», Труды ФИАН, 202, 1991.112

28. Богданкевич О.В., Дарзнек СЛ., Елисеев П.Г. Полупроводниковые лазеры. М.: Наука, 1976.

29. Богданкевич О.В., Петохов B.C., Сучков А.Ф. «Теория эффектов неоднородности возбуждения полупроводниковых лазеров с накачкой электронным пучком», ФТП, 3, №5, 1969.

30. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. М.: Наука, 1983.

31. Богданкевич О.В., Котюков А.Н., Кузнецов В.П., Созинов С.Б. «Определение разрешающей способности лазерных электронно-лучевых трубок-«квантоскопов»», Квантовая электроника, 25, №4, 1998.

32. Ораевский А.Н. Гауссовы пучки и оптические резонаторы. -М.: МИФИ, 1987.

33. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. -М.: Наука, 1970.

34. Дюков В.Г., Кудеяров Ю.А. Растровая оптическая микроскопия. -М.: Наука, 1992.

35. Ландсберг Г.С. Оптика. -Л.: ГИТТЛ, 1940.

36. Зи С. Физика полупроводниковых приборов, т.2, -М.: Мир, 1984.

37. Богданкевич О.В., Дюков В.Г., Коломийцев М.И. и др. «Растровый оптический микроскоп», Измерительная техника, №12, 1978.

38. Беляев С.А., Богданкевич О.В., Гавриков С.И. и др. «Растровый оптический микроскоп на основе полупроводникового лазера с накачкой электронным пучком», Квантовая электроника, т.6, №7, 1979.

39. Беляев С.А., Богданкевич О.В., Дюков В.Г. и др. «Исследование закономерностей формирования изображения в лазерном растровом микроскопе», Квантовая электроника, т.11, №5, 1984.

40. Тудоровский А.И. Теория оптических приборов. ч.1, М., Л.: Изд-во АН СССР, 1952.

41. Wilt D.P., Yariv A. «A self-consistent static model of the double heterostructure laser», IEEE, J. Quant. Electron., Vol. QE-14, №10, 1978.

42. Asbeck P.M., Commack D.A., Daniele J.J., Klebanoff V. «Lateral mode behavior in narrow stripe lasers», IEEE, J. Quant. Electron., Vol. QE-15, №1, 1979.

43. Lang R. «Lateral transverse mode instability and its stabilization in stripe geometry injection lasers», IEEE, J. Quant. Electron., Vol. QE-15, №5, 1979.113

44. Buus J. «А model for the static properties of DH lasers», IEEE, J. Quant Electron., Vol. QE-15, №5, 1979.

45. Семерьянов Ф.Ф., Созинов С.Б., «Расчет расходимости излучения лазерных электронно-лучевых трубок- квантоскопов при изменении геометрии пучка накачки», Московский Физико-Технический Институт. Студенческая, аспирантская конференция, нояб.1997.

46. Богданкевич О.В., Созинов С.Б., «О разрешающей способности лазерных электронно-лучевых трубок- квантоскопов II», Московский Инженерно-физический Институт. Научная сессия МИФИ-98, Янв.1998.

47. Bogdankevich O.V., Sadchikhin A.V., Sozinov S.B. «Electron-Beam Pumped Semiconductor Lasers for projection to large screen», Asia Display '98. The 18-th International Display Research Conference, SID, KPS, oct.1998.

48. Y.Yamada, M. Yamamoto , S. Nomura "Large Screen Laser Color TV Projector", Proc. of Sixth International Quantum Electronics Conference, p. 242, 1970.

49. T.Taneda, S. Tatuoka, M. Aiko, T.Sato, H. Masuko "High Quality Color Television Display", NHK Laboratories Note N152 April ,1972.

50. A.B. Садчихин "Перспективы развития средств отображения информации коллективного пользования", Научно-технический сборник Информатика, серия- Средства отображения информации, Москва, ВНИИМИ, вып.1, с. 2933, 1993.

51. О.В. Богданкевич , Б.И. Васильев, М.М. Зверев, Коломийский, А.Н. Печенов "Многоэлементный полупроводниковый лазер типа «Излучающее зеркало», сб. Квантовая электроника , N5 с. 95, .Сов.Радио ,1971.

52. Гольченко А.Н., Гущин М.В., Кошевой А.В., Олихов И.М., Петрушенко Ю.В., Уласюк В.Н. "Излучатель световых импульсов наносекундной длительности" Электронная промышленность N5, с. 48, 1989.

53. E.G. Vakulovskaya, G. A. Meerovich, V.V.Chental, V.N.UIasuk. "Photodynamic therapy of spread skin malignancies with scanning electron-beam pumped semiconductor lasers. " CIS Selected Papers Laser Use in Oncology . SPIE Volume 2728, p. 210, 1996.

54. Сучков А.Ф. «Влияние неоднородностей на режим работы в квантовых генераторах на твердом теле», ЖЭТФ, Т.49, №11, 1965.

55. Богданкевич О.В., Летохов B.C., Сучков А.Ф. «Теория эффектов неоднородности возбуждения полупроводниковых лазеров с накачкой электронным пучком», ФТП, Т.З, №5, 1969.

56. Джеррард А., Берч Дж.А. «Введение в матричную оптику», М., Мир, 1978.

57. Олихов И.М. Частное сообщение.