ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Полупроводники из "Лазерное охлаждение твердых тел " Физический механизм лазерного охлаждение полупроводников следующий. Если носитель заряда, электрон, путём поглощения лазерного излучения попадает в зону проводимости, имея кинетическую энергию ниже среднетепловой, затем приобретает её и покидает зону проводимости путём спонтанной рекомбинации, являясь уже более горячим , то температура ансамбля носителей в зоне проводимости будет понижаться. Ансамбль, в свою очередь, за счёт взаимодействия с фононами будет охлаждать кристаллическую решётку. Таким образом, стационарное охлаждение полупроводника, поглощающего лазерное излучение может происходить при осуществлении следующего теплового цикла. [c.51] Пространственно отделённый от слоя 15 поглощающий слой 16 состоит из специально подобранного полупроводникового материала, такого как германий, и располагается на некотором расстоянии, которое регулируется разделителями 17. Это расстояние должно быть много меньшим, чем длина волны фотонов флуоресценции 13. Толщина барьера 18 имеет порядок 100 нм или даже меньше, чтобы удовлетворить указанному условию в большинстве практических случаях. [c.53] Когда излучение лазера накачки 11 входит в охлаждающий слой 12 и возбуждает в нём свободные носители, последние быстро приходят в равновесие путём поглощения фононов, понижая температуру слоя 12. После этого через время порядка 10 с возбуждённые носители рекомбинируют, порождая фотоны флуоресценции 13, энергия которых больше, чем энергия фотонов излучения лазерной накачки 11. Спонтанное образование таких высокоэнергетичных по отношению к излучению накачки фотонов носит название антистоксовой флуоресценции . Результатом этого процесса является отток тепла из слоя 12. [c.53] Поглощающий слой 16 на длине порядка нескольких микрон преобразует поступившее излучение 13 в тепло, т. е. энергия фотонов теперь оказывается в виде энергии тепловых фононов 19. Сам слой 16 нанесён на золотую подложку 20, которая в свою очередь, нанесена на теплоотводящую подложку 21. Все тепловые фононы, распространяющиеся обратно в сторону охлаждающего слоя 12, будут сталкиваться с барьером 18, являющимся для них непреодолимым препятствием ввиду специальных свойств барьера, описанных выше. Теплопроводностью разделителей 17 можно пренебречь из-за малой площади соприкосновения со слоями. [c.55] В заключение заметим, что золотая подложка 20 также играет положительную роль в том, чтобы ограничить попадание тепловых фононов обратно в охлаждающий слой 12. Это оказывается возможным потому, что золото имеет излучательную способность для теплового излучения порядка 2%, а поглощающий слой 16 почти прозрачен для теплового излучения. В целом существование такой конструкции приводит к тому, что около 98 % тепловых фононов остаются в теплоотводящем слое 21, так и не достигнув слоя 12. [c.55] Вернуться к основной статье