Оптичний транзистор

1. Оптичний транзистор, що містить джерело короткохвильового оптичного випромінювання, яке опромінює напівпровідниковий елемент, виготовлений з матеріалу із шириною забороненої зони, меншою за енергію кванта цього випромінювання, який відрізняється тим, що додатково введено пристрій для нагрівання напівпровідникового елемента, причому робоча температура елемента, форма і розміри елемента, коефіцієнти відбивання випромінювання від поверхні елемента на довжині хвилі короткохвильового випромінювання та в спектральній області поглинання випромінювання вільними носіями заряду, ефективні часи життя вільних носіїв заряду в елементі, показник заломлення напівпровідникового матеріалу в спектральній області поглинання випромінювання вільними носіями заряду, перерізи поглинання випромінювання вільними носіями заряду в напівпровідниковому матеріалі, коефіцієнти поглинання випромінювання в напівпровідниковому матеріалі на довжині хвилі короткохвильового випромінювання та в спектральній області поглинання випромінювання вільними носіями заряду задовольняють умову підсилення оптичного сигналу, відповідно до якої сума добутк у потужності теплового випромінювання електрона в зоні провідності, яке виходить з елемента, на час життя електрона в зоні провідності та добутку потужності теплового випромінювання дірки у валентній зоні, яке виходить з елемента, на час життя дірки у валентній зоні, більша за відношення енергії кванта короткохвильового оптичного випромінювання до частки квантів короткохвильового оптичного випромінювання, які 2. Транзистор за п. носії генерують вільні 1, якийввідрізняється тим, що напівпровідниковому напівпровідниковий елемент виконано у вигляді елементі. пластини і розміщено плоскою поверхнею до дже 2 (19) 1 3 23623 4 9. Транзистор за будь-яким з пп. 1-8, який відріз10. Транзистор за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що напівпровідниковим матеріалом няється тим, що напівпровідниковим матеріалом є кристалічний кремній. є кристалічний германій. Корисна модель належить до оптоелектроніки та фотоніки і може бути застосована для перетворення короткохвильового оптичного випромінювання (λ12мкм) з фотонним і енергетичним виграшем. Відомий оптично-нелінійний світловий перемикач [Nonlinear photonic switch. United States Patent: W003042738; G02B6/35; G02F1/00, May 22, 2003], що містить оптично-нелінійний фотонний кристал і світловоди для підведення випромінювання до фотонного кристалу і відведення від нього. За допомогою менш потужного короткохвильового монохроматичного оптичного випромінювання з довжиною хвилі λ1 відбувається модуляція пропускання більш потужного довгохвильового монохроматичного оптичного випромінювання з довжиною хвилі λ2 . Модуляція відбувається за рахунок зміни показника заломлення у фотонному кристалі під дією короткохвильового випромінювання. Пристрій має такі недоліки: 1) для його роботи необхідне додаткове джерело довгохвильового випромінювання; 2) пристрій працює лише на певних довжинах хвиль короткохвильового та довгохвильового випромінювань; 3) короткохвильове та довгохвильове випромінювання повинні падати на кристал тільки під певними кутами; 4) висока вартість виготовлення. Найбільш близьким за технічною суттю є оптичний транзистор [Optical transistor, United States Patent: 5,502,585; G02F3/00, February 25, 1993], що містить напівпровідниковий елемент і джерело короткохвильового оптичного випромінювання з довжиною хвилі λ1, а також джерело довгохвильового оптичного випромінювання з довжиною хвилі λ2 , яка лежить в ІЧ області спектра і звичайно становить декілька десятків-сотень мікрометрів. Напівпровідник звичайно вибирається з такою шириною забороненої зони Еg , щоб при робочій температурі плазмова частота плазми вільних носіїв заряду в напівпровіднику була меншою за частоту довго хвильового випромінювання n 1 (n= с/λ1, де с - швидкість світла у вакуумі), а часто1 та мінімуму відбивання випромінювання плазмою вільних носіїв була більшою за n 1. Пристрій працює таким чином. Напівпровідниковий елемент опромінюють короткохвильовим оптичним випромінюванням з енергією кванта більшою за ширину забороненої зони напівпровідника (h·с/λ1>Еg, де h - постійна Планка, с - швидкість світла у вакуумі). В результаті процесу власного поглинання в елементі виникають надлишкові вільні носії заряду. За рахунок збільшення концентрації вільних носіїв плазмовий край відбивання випромінювання плазмою вільних носіїв (діапазон спектра між плазмовою частотою і частотою мінімуму відбивання випромінюванняплазмою вільних носіїв) зміщується в область коротших довжин хвиль, тим більше, чим вище інтенсивність короткохвильового випромінювання. Внаслідок цього зростає коефіцієнт відбивання довгохвильового ІЧ випромінювання від напівпровідникового елемента, тим більше, чим вище інтенсивність короткохвильового випромінювання. Отже, інтенсивність довгохвильового випромінювання, що відбивається від напівпровідникового елемента, зростає, а інтенсивність довгохвильового випромінювання, що проходить крізь елемент, зменшується відповідно до зміни інтенсивності короткохвильового випромінювання. При використанні певного напівпровідникового матеріалу (звичайно HgCdTe), при певній температурі напівпровідникового елемента (звичайно 77 К), певній потужності та довжині хвилі довгохвильового випромінювання потужність довгохвильового випромінювання, модульованого короткохвильовим випромінюванням, може перевищувати потужність цього короткохвильового випромінювання, тобто пристрій може працювати як підсилювач оптичного сигналу. Недоліком описаного пристрою є необхідність у додатковому джерелі довгохвильового монохроматичного ІЧ випромінювання, що призводить до збільшення вартості та зниження надійності пристрою. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити відомий оптичний транзистор шляхом зміни його конструкції та заміни напівпровідникового матеріалу, з якого виконано напівпровідниковий елемент, а також введення додаткового пристрою для нагрівання напівпровідникового елемента, і таким чином розширити робочий температурний діапазон і підвищити надійність пристрою. Ця задача розв'язується тим, що в пристрої, який містить джерело короткохвильового оптичного випромінювання і напівпровідниковий елемент, виготовлений з матеріалу, ширина забороненої зони якого менша за енергію кванта цього випромінювання, додатково введено пристрій для нагрівання напівпровідникового елемента, причому робоча температура елемента, форма і розміри елемента, коефіцієнти відбивання випромінювання від поверхні елемента на довжині хвилі короткохвильового випромінювання та в спектральній області поглинання випромінювання вільними носіями заряду, ефективні часи життя вільних носіїв заряду в елементі, показник заломлення напівпровідникового матеріалу в спектральній області поглинання випромінювання вільними носіями заряду, перерізи поглинання випромінювання вільними носіями заряду в напівпровідниковому матеріалі, коефіцієнти поглинання випромінювання в напівпровідниковому матеріалі на довжині хвилі короткохвильового випромінювання та в спектральній області поглинання випромінювання вільними носіями заряду задовольняють умові підсилення 5 23623 6 оптичного сигналу, відповідно до якої сума добутку довгохвильового випромінювання, що ви ходить із потужності теплового випромінювання електрона в напівпровідникового елемента. зоні провідності, яке виходить з елемента, на час В одному з варіантів пристрою напівпровіднижиття електрона в зоні провідності та добутку поковий елемент виконано у вигляді сфери Вейєрштужності теплового випромінювання дірки у валентраса і розміщено плоскою поверхнею до джерела тній зоні, яке виходить з елемента, на час життя короткохвильового оптичного випромінювання, що дірки у валентній зоні, більша за відношення енерзабезпечує зменшення внутрішнього кута падіння гії кванта короткохвильового оптичного випроміθ довгохвильового випромінювання на сферичну нювання до частки квантів короткохвильового опповерхню до θ