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]

Ширина спектральной линии отдельной моды не превышает 0,01 нм. Однако в большинстве случаев результат таких измерений определяется разрешающей способностью измерительного прибора. Более тщательные измерения, основанные на измерении длины когерентности*, дают результат иа порядок меньше (т. е. 0,01 нм, или несколько гигагерц) для лазеров с волноводным усилением и порядка 10-* нм (30 МГц) для лазеров с волноводным каналом *. Имеются теоретические обоснования таких значений. Наличие боковых попеоечных мод увеличивает ширину линии каждш5 отдельнсШ" продольной моды.

11.2.3. Ватт-амперные и вольт-амперные характеристики

На рис. 11.6, а показаны типичные зависимости выходной мощности и напряжения на диоде от тока для GaAIAs/GaAs полоскового лазера с волноводным усилением при ширине полоски около 10 мкм. При уменьшении ширины полоски лазерный порог таких приборов становится «мягче», т. е. выходная мощность остается пропорциональной спонтанному излучению. Это приводит к уширению отдельных лазерных мод. Ниже порога вольт-амперная характеристика описывается формулой (9.1.9) при а 2, если сопротивление диода можно считать постоянным. Обычно сопротивление диода составляет 1... 10 Ом. Падение напряжения при нормальном токе обычно составляет 1,5 ... 2,0 В для GaAIAs/ GaAs лазеров и около 1,2 В для InGaAsP/InP приборов. Вольт-амперные характеристики (рис. 11.6, б) хорошо описывают работу лазера. Выше порога напряжение на диоде остается постоянным, что хорошо видно на графике зависимости IdVldl от /. Наличие перегиба ватт-амперной характеристики, показанного на рис. 11.6, в, также влияет па вид вольт-амперных характеристик.

Показанные на рис. 11.6, в перегибы характерны для лазеров с волноводным усилением при ширине полоски 10... 20 мк.м. Эти перегибы становятся серьезной помехой, когда требуется высокая линейность, затрудняют работу в импульсном режиме и делают невозможной работу в аналоговом режиме. Причину их появления связывают с изменениями в распределении боковых поперечных .мод. Вследствие перескока мод выходная мощность возрастает с током медленнее или даже падает до тех пор, пока не установится новый модовый состав. Перегиб появляется в лазерах с волноводным усилением, потому что для

Длина когерентности 1 соответствует расстоянию, в пределах которого сохраняется постоянной разность фаз излученных волн. Она связана со спектральной шириной источника. - Прим. автора.

Более строгое рассмотрение вопросов, связанных с понятием когерентности, можно найти в книге Я. Перина Когерентность света: Пер. с англ. - М.: .Мир. 1974. - 367 с. - Прим. ред. перевода.

Длина когерентности излучения полупроводниковых лазеров .может достигать нескольких метров. См.," например. Быковский Ю..А.. Елхов В.А. Ларкин А. И. Когерентность излучения полупроводниковых лазеров и их использование в голографии. - Квантовая электроника, 1975, т. 2, № 4, с. 645.-Прим. ред. перевода.




Рис. 11.6. Ватт-амперные и вольт-амперные характеристики для типичных полос-ковых AlGaAs/GaAs лазеров:

а -лазер с волноводным усилением при /=130 мкм и ш-12 мкм; б - лазер с канальным волноводом; в - лазер, при изготовлении которого использовалась протонная бомбардировка.

Ширина полоски 12 мкм; показано влнянне температуры на перегиб. Рисунок 11.6,в -из работы R. L. Hartman and R. W. Dixon. Reliability of DN CaAs casers at etevated temperatures. - .4ppl. Phys. Le(t.4. 26, 2.49 - 240 (1. JWar. 197.5).



них характерно слабое каналирование, которое может быть преодолено путем уменьшения показателя преломления, обусловленного высокой концентрацией носителей. Проблему удается решить, применяя очень узкие (менее 10 мкм) полоски. Главная причина нестабильности остается, но уровень выходной мощности, при котором появляется перегиб, удается сдвинуть за пределы нормального рабочего режима лазера. С другой стороны, наличие канального волновода облегчает лазерную генерацию на заданной основной моде. Поскольку скачок показателя преломления в зарощенной гетероструктуре (см. рис. 11.2, г) велик, для работы на одной боковой поперечной моде требуются очень узкие (1...2 мкм) полоски. Жесткость этого условия удается снизить до 4 ... 5 мкм в так называемой модифицированной полосковой зарощенной гетероструктуре (см. рис. 11.2, д). В любом случае удается избавиться от перегибов (рис. 11.6, б) и получить линейную выходную характеристику, но за счет значительного снижения выходной мощности.

Лазеры проявляют тенденцию к самопульсапням на частотах от 200 МГц до 2 ГГц. Это явление необходимо отличать от затухающих колебаний или звона, появляющегося в начале лазерного импульса (см. следующий параграф). Пульсации часто появляются во время испытания на срок службы и их связывают с дефектами, которые возникают вследствие избыточного поглощения в локальных областях оптического канала. Они вызывают уменьшение населенности возбужденных состояний, что в свою очередь приводит к уменьшению мощности до тех пор, пока общее усиление опять не достигнет лазерного порогя Затем цикл повторяется. Это похоже на процесс регулярной автомод). ляции добротности. Улучшение контроля качества материала снижает количество таких дефектов и, следовательно, вероятность пульсаций

Остается проблемой воздействие температурных изменений в активной области, влияние которых на лазерный порог рассматривалось в § 10.3. Эти и другие изменения характеристик можно видеть на рис. 11.6, б, в. При достаточно высокой температуре диод вообще перестает действовать как лазер. Изменения температуры вызывают изменение длины волны отдельных продольных мод, что приводит к изменению распределения мощности по модам. Таким образом, оказываются изменяющимися спектральные характеристики. Часто оптическая мощность одной продольной моды передается другой во время импульса. Этот эффект известен как перескок мод.

11.2.4. Частотные характеристики

Рассмотрим возможность высокочастотной модуляции лазера, в частности случай, когда ток превышает пороговый, а синусоидальная модуляция накладывается на постоянную составляющую тока. В боль-

Несмотря на приводимое здесь автором упрощенное объяснение, остается в силе высказанное в [7.1] утверждение, что в настоящее время механизм само-производных пульсаций не ясен. - Прим. перев.



[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]

0.0011