Кремниевые лазеры терагерцового диапазона

Экспериментально обнаружено [1], что одноосная деформация кристалла кремния существенно влияет на характеристики терагерцового стимулированного излучения мелких доноров (фосфор P, сурьма Sb, мышьяк As, висмут Bi) при их оптическом возбуждении. Это проявляется в значительном (10-100 раз) уменьшении пороговой интенсивности накачки, переключении рабочих переходов (As, Bi) и увеличении эффективности излучения. Указанные изменения вызваны смещением долин зоны проводимости, которое приводит к перестройке спектра энергий и волновых функций состояний донорных центров. Соответствующие изменения уменьшают рассеяние на междолинных фононах, что увеличивает времена жизни рабочих состояний и коэффициент усиления активной среды. Показана возможность тонкой подстройки частоты при изменении приложенного давления для доноров со спин-орбитальным расщеплением триплетных состояний.

Впервые в мире обнаружен эффект вынужденного комбинационного рассеяния света на мелких донорах в кремнии [3], который сопровождается усилением электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне частот. Тем самым показана возможность создания полупроводникового лазера терагерцового диапазона, который не требует инверсной населенности состояний и может быть перестраиваемым по частоте изменением частоты оптической накачки.

Зависимость величины стимулированного ТГц излучения Si: Sb от интенсивности накачки.

Зависимость величины стимулированного ТГц излучения Si: Sb от деформации сжатия.

Зависимость энергии кванта ВКР от энергии кванта накачки.

1. Influence of uniaxial stress on stimulated terahertz emission from phosphor and antimony donors in silicon / R. Kh. Zhukavin, V. V. Tsyplenkov, K. A. Kovalevsky, V. N. Shastin, S. G. Pavlov, U. Böttger, H.-W. Hübers, H. Riemann, N. V. Abrosimov, and N. Nötzel, Applied Physics Letters 90, 051101 (2007).
2. Spin-orbit coupling effect on bismuth donor lasing in stressed silicon / R. Kh. Zhukavin, K. A. Kovalevsky, V. V. Tsyplenkov, V. N. Shastin, S. G. Pavlov, H.-W. Hubers, H. Riemann, N. V. Abrosimov and A. K. Ramdas, Appl. Phys. Lett. 99, 171108 (2011).
3. Terahertz Raman laser based on silicon doped with phosphorus / S. G. Pavlov, H.-W. Hübers, U. Boettger, R. Kh. Zhukavin, V. N. Shastin, J. N. Hovenier, B. Redlich, N. V. Abrosimov, and H. Riemann, Appl. Phys. Lett. 92, 091111 (2008).