Современная электроника №8/2024

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2024 Среди многочисленных зарубеж - ных наград нужно отметить: ордена Франциска Скорины, Князя Ярослава Мудрого V степени, Почётного легио - на, а также золотые медали Х. Вельке - ра, Стюарта Баллантайна, SPIE, «Золо - тая тарелка» США и другие. Кроме того, вклад Жореса Алфёро - ва в современную физику был при - знан мировым научным сообще - ством. Он был иностранным членом Национальной академии наук США и Национальной инженерной акаде - мии США; Корейской академии наук и технологий; Китайской академии наук; Польской академии наук. Также Жорес Алфёров являлся членом Акаде - мий наук Республики Беларусь, Мол - давии, Азербайджана, Армении. Полупроводниковые гетерострук - туры, разработанные Жоресом Алфё - ровым и его сотрудниками, в том или ином виде широко использу - ются сегодня в самых различных устройствах – от детских игрушек до радиационно-устойчивых кос - мических солнечных батарей. Без лазерных диодных трансмиттеров для оптоволоконных сетей невоз - можна была бы работа современ - ного Интернета [13]. Сверхвысокочастотные усилители сотовых телефонов, плоские экраны мониторов и телевизоров, инфракрас - ные компьютерные порты, лазерные декодеры особо надёжных грузовых меток, мощные светодиодные про - жекторы, светофоры, автомобильные фары, проигрыватели компакт-дис - ков – все эти устройства используют специализированные модификации гетерогенных лазеров. Жорес Алфёров был символом совет - ской и российской науки. В его память была выпущена памятная почтовая марка (рис. 2). Исторические предпосылки создания гетеролазеров Одной из основных задач группы Алфёрова в исследованиях 1960–1970-х годов было получение стабильных эффективных полупроводниковых структур, которые можно было бы использовать для генерации «техни - ческого света». Жорес Алфёров обла - дал великолепной памятью. Благода - ря своей огромной работоспособности он великолепно знал все разделы тео - ретической физики. Алфёров свободно владел англий - ским языком, хорошо знал немец - кий, свободно читал научную литера - туру на французском. Это позволяло ему постоянно находиться на острие научных знаний, активно участвовать в международных научных конферен - циях и сотрудничать с зарубежными коллегами [14]. Для того чтобы понять суть и зна - чение изобретения Алфёрова, имеет смысл коротко рассмотреть тот уро - вень, на котором находились разра - ботки лазеров на тот момент времени. Основы теории «индуцированного излучения» были сформулированы ещё в 1917 году Альбертом Эйнштей - ном [15]. В первом приближении базовую идею этой теории с учётом современ - ных доработок можно объяснить сле - дующим образом. Если атом с несколь - кими возможными энергетическими состояниями принудительно переве - сти с основного нижнего уровня с энер - гией E1 на верхний уровень с энерги - ей E2 (E2 > E1), то он будет находиться в возбуждённом состоянии. Переход в возбуждённое состояние, в частно - сти, может с определённой вероят - ностью реализоваться, если фотон с частотой ν 21 будет поглощён атомом, находящимся в основном состоянии. Применительно к атому возбуждён - ное состояние означает, что один из его электронов занимает более высо - кий энергетический уровень, чем в основном состоянии. В нормальном состоянии в случае термодинамического равновесия состояние с низкой энергией, опреде - ляемое количеством невозбуждённых частиц N1, является более вероятным по сравнению с возбуждённым состо - янием, характеризуемым частицами N2 (то есть N1/N2 > 1). Если систему перевести в состояние, когда возбуж - дённых частиц N2 будет больше, чем невозбуждённых (N2/N1 > 1), то гово - рят, что система перешла в «состоя - ние с инверсией электронных населён - ностей – ИЭН» . Возбуждённое состояние неустойчи - во, и атом будет стремиться вернуться в основное состояние с наименьшей энергией. При этом разница в энергии между этими состояниями ΔE излучит - ся атомом в виде фотона с частотой ν 21 , которую можно найти из выражения: ΔE = E2 – E1 = h·ν 21 , где h – постоянная Планка. Существуют два основных вариан - та снятия возбуждения: пассивный и активный. В первом случае атом, находящийся в возбуждённом состоя - нии, способен самопроизвольно пере - йти в основное состояние. Данный вариант, когда фотоны излучают - ся неупорядоченно (стохастически), а фазы их волн не совпадают, назы - вают «спонтанным (некогерентным) излучением» . В другом случае до того, как про - изойдёт «спонтанное излучение» фотона, атомы могут находиться в возбуждённом состоянии доволь - но длительное время, составляющее для некоторых веществ доли микро - секунды. Если в этот момент рядом с атомом пройдёт другой «незави - симый» фотон с частотой ν 21 , соот - ветствующей энергии ΔE, то атом Рис. 2. Памятная почтовая марка – Академик Жорес Иванович Алфёров, выдающийся российский физик [12] Рис. 3. Схема процесса «Stimulated Emissions» – стимулированное или вынужденное излучение Перед излучением Инициирующий фотон Во время излучения После излучения