Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [ 96 ] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

ние между продольными модами обратно пропорционально длине резонатора. Условие продольного резонанса

fe-=p/, (11.2.1)

где k - продольное модовое число; А,;, - длина волны й-й моды в свободном пространстве; рр - групповой показатель преломления полупроводника иа этой длине волны; I - длина лазерного резонатора. Подставив /й = с/Х,, получим для частоты jfe-й моды

/, = *с/2ц,р/. (11.2.2)

Таким образом, .межмодовое расстояние

Д/ = /(,-/л-1 = с/2ц,р/. (11.2.3)

Или в предположении, что А/

M = X{Af/f)--Xl/2i,,pL (11.2.4)

При = 4 (GaAs) и длине резонатора 500 мкм А/ = 75 ГГц и

М ж 0,2 нм.

Толщина активного слоя в лазерах на двойной гетероструктуре всегда менее одного микрометра. В результате в резонаторе может возбуждаться только низшая поперечная пересекающая (transverse) мода. Число поперечных боковых (lateral) мод принципиально зависит от ширины резонатора, но ширина полоски также важна. Из предыдущего параграфа ясно, что оксидное изолирование и протонная бомбардировка вызывают значительно меньшее боковое ограничение излучения, чем зарощенная гетероструктура.

В лазерах с шириной полоски более 20 ...30 мкм обычно наблюдается довольно резкий переход через порог, после чего возбуждаются моды высокого порядка. С ростом тока накачки выходная мощность растет линейно до тех пор, пока разогрев не приведет к некоторому насыщению. На самом деле процесс не так прост - распределение усиления способствует возникновению самофокусировки, благодаря чему излучение концентрируется в нити внутри лазерного резонатора. Прн уменьшении полоски до 20 мкм и менее возрастают потери для мод высоких порядков. Тогда сразу за порогом появляется только основная поперечная боковая мода. При дальнейшем увеличении тока накачки появляются боковые поперечные моды высоких порядков по мере достижения их порога возбуждения. Уменьшение ширины полоски до 10 мкм и менее увеличивает пороги мод высоких порядков до уровней, превышающих возможности лазера. Наличие боковых поперечных мод оказывает влияние как на пространственное распределение, так и на ширину спектра лазерного излучения.

Можно пользоваться двумя способами описания пространственного распределения. Распределение в ближней зоне соответствует изменениям плотности мощности по выходному торцу лазера, как показано на рнс. 11.3. В ближней зоне обнаруживается тенденция к образова-



НИЮ нитей при уширенин полосковых лазеров. Распределение в дальней зоне относится к характеристикам направленности генерируемого излучения. Тот факт, что возбуждается только низшая поперечная пересекающая мода подтверждается тем, что в направлении, перпендикулярном плоскости перехода, наблюдается единственный максимум

W = 10 МММ


20MNM

20ммм

30 мнм

ЗОмнм

SOmhm

Юмнм


Бяитняя зона.

Дальняя зона.

Рис. 11.4. Распределение интенсивности в ближней и дальней зоне прн разной ширине полоски.

[Н. Yonezu et al. А GaAs-AUGai-iAs double heterostracture planar stripe laser, Jpn.-J. Appl. Phys. 12, 1585-29 (1973).]



как в ближней, так и в дальней зоне. Угловая расходимость излучения зависит от толщины активного слоя и скачка показателя преломления в гетероструктуре. Обычно диапазон углов, в котором интенсивность превышает половину максимальной, составляет примерно 40°. Некоторые типичные распределения в ближней и дальней зоне в плоскости, параллельной переходу, показаны на рис. 11.4. Как можно заметить, в этой плоскости расходимость не превышает 5 ... 10° для режима работы с низшими модамн.

11.2.2. Спектральные характистмю!

Основное воздействие на спектральные характеристики оказывает число возбужденных продольных мод. При узкой полоске в лазерах с волноводным усилением обычно возбуждается много мод и наблюдается довольно широкая линия генерации. Это показано на рис. 11.5, а. В лазерах с волноводным каналом сразу за порогом генерируется несколько лазерных мод, но по мере увеличения тока одна илн две моды становятся доминирующими над. остальными, как показано на рис. 11.5, б. Уменьшение длины резонатора приводит к возрастанию межмодового расстояния, так что только немногие моды могут попасть в пределы линии усиления. По этой причине предпочтительнее короткие резонаторы (не более юо мкм). Они дают возможность работать с одной продольной модой при более высокой выходной мощности.

824 826 828 -л,лгл*


Рис. 11.5. Типичный спектр GaAs/QaAlAs лазера:

а - лазер с волноводным усилением; б - лазер с волйоводным каналом {К. Peterman and G, Arnold, Noise and disiortion characteristics of semiconductor lasers in optical fiber communication systems.- IEEE Jnl. of. Quant. Ets. QE-18, 543-55, ©. 1982, IEEE.]



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [ 96 ] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0013