Элементы и устройства оптоэлектроники. Самохвалов М.К. - 24 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

УлГТУ | Ульяновск

Составители: 

Рубрика: 

23
Структура лазера с резонатором Фабри-Перо допускает существование боль-
шого числа продольных мод, разделенных интервалами частот ∆ν = c/2L и на-
рушающих монохроматичность излучения, и поперечных мод, искажающих
однородность пространственного распределения интенсивности. Избиратель-
ность модового состава генерируемого излучения должна обеспечиваться эле-
ментами, которые встраиваются в резонатор или располагаются вне его.
Для того, чтобы в прямозонном полупроводнике было усиление излучения с
частотой ν, энергетический зазор между квазиуровнями Ферми для n и p дол-
жен быть больше ширины запрещенной зоны E
g
(hν>E
g
), тогда при распростра-
нении волны могут индуцироваться переходы из заполненных состояний зоны
прово-димости в незаполненные состояния валентной зоны. Это условие реали-
зуется только в вырожденных полупроводниках или (чаще) в гетероструктурах.
В однородной одномерной среде пороговое значение коэффициента усиления
генерируемого излучения: α
пор
= α
0
- (1/2L)ln(ρ
1
*ρ
2
), где α
0
- коэффициент погло-
щения полупроводникового материала, ρ
1,2
– коэффициент отражения от грани-
цы резонатора, L – длина резонатора. Коэффициент усиления α зависит от сте-
пени инверсии населенностей, т.е. от концентрации избыточных носителей, оп-
ределяемой величиной плотности тока накачки: α
пор
= α(J
пор
), где J
пор
– порого-
вая плотность тока. При плотности тока, незначительно превышающей J
пор
,
зависимость α(J
пор
) хорошо аппроксимируется прямой: α = α
пор
+ β(J + J
пор
), где β
- коэффициент усиления света по току.
При росте J зависимость α(J) насыщается из-за уменьшения времени жизни
неравновесных носителей заряда. Эффект насыщения усиления описывается
формулой α ≈ α
0
(1 + Ф/Ф
нас
)
-γ
, где Ф - световой поток, γ = 0.5-1.
Плотность порогового тока J
пор
= J
0
+α
0
/β + 1/(2βL)*ln(1/ρ
1
ρ
2
), где J
0
– плот-
ность тока, обеспечивающая инверсию населенностей. С уменьшением длины
резонатора значение плотности порогового тока увеличивается (до L ≈ 30 мкм).
В то же время с уменьшением L расширяется спектр генерации (при L ≤ 100
мкм ∆ν ~ 1/L). Минимальные значения толщины и ширины активной области
составляют около 0,15 мкм, при дальнейшем уменьшении толщины существен-
ным становится просачивание носителей и света в пассивные области. Зависи-
мость порогового тока от температуры имеет вид: J
пор
= J
0
(T
0
)*exp(-T/T
0
), где T
0
≈ 50 K - при комнатной температуре, T
0
≈ 100 K - при пониженной, близкой к
температуре жидкого азота. С ростом температуры лазерную генерацию полу-
чить сложнее.
Временные параметры инжекционных лазеров в режиме переключения опре-
деляются большим из двух параметров – времени жизни инжектированных но-
сителей заряда (связанной с вероятностью индуцированных переходов) или
времени жизни фотонов (в общем случае ≤ 10
-10
-10
-11
с).
Разновидности и конструкции инжекционных лазеров
1. Инжекционные лазеры на основе гомогенных полупроводников имеют не-
совершенное электронное ограничение, границы электронного и оптического
ограничения в них не определены и меняются при изменении режима накачки.

Страницы