Внутрицентровая релаксация мелких доноров мышьяка в деформированном германии. Инверсия населенностей при оптическом возбуждении

Проводится расчет скоростей релаксации нижних возбужденных состояний $1s(T)$, $2p_{0}$, $2s$, $3p_{0}$, $2p_{\pm}$ доноров мышьяка в кристалле германия при взаимодействии с длинноволновыми акустическими фононами в зависимости от одноосной деформации сжатия в кристаллографическом направлении [111]. На основе вычисленных времен произведены оценки населенностей состояний при оптическом возбуждении. Теоретически показано, что оптическое возбуждение среды формирует инверсную населенность уровней донора мышьяка и при нулевом значении деформации приводит к возможности реализации четырехуровневой лазерной схемы с излучательным переходом между состояниями $2p$ и триплетным состоянием $1s$. В условиях оптического возбуждения излучением СО$_{2}$-лазера оценочное значение ожидаемого коэффициента усиления в среде при концентрации доноров 2 $\cdot$ 10$^{15}$ см$^{-3}$ составляет $\sim$0.35 см$^{-1}$ на частоте 1.98 ТГц в случае, если рабочим переходом является 2$p_{\pm}\to1s(T)$, и 1.25 ТГц, если рабочий переход 2$p_{0}\to1s(T)$.