Главная  Усиленная люминесценция 

[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]


Рис. 2.16. Схема диода с непланарным р - л-переходом

чения. Остается единственный путь: увеличение площади р - л-перехода за счет увеличения ширины диода и эксплуатации лазера в мягком режиме работы.

В инжекционных лазерах с плоским р - п-переходом с увеличением ширины диода резко возрастает порог генерации аксиальных мод и снижается порог генерации неаксиальных и замкнутых мод, создаются благоприятные условия для усиления люминесценции, распространяющейся в направлении, перпендикулярном к оси резонатора (рис. 2.15). Поэтому мощность генерации не только не увеличивается с увеличением ширины диода, но даже уменьшается. Для каждой заданной длины диода существует предельное значение его ширины w„p такое, что если ширина диода больше w„p, то генерация аксиальных мод вообще невозможна.

Это означает, что в лазерах с плоским р - п-переходом существуют ограничения длины и ширины диода принципиального характера, которые нельзя преодолеть совершенствованием технологии получения слоя или повышением качества кристалла. Многократное увеличение площади генерирующего слоя может быть достигнуто только путем отказа от планарных р - п-переходов.

Предложена и реализована, в частности, конструкция лазерного диода с поверхностью р - /г-перехода, близкой к цилиндрической поверхности, образующая которой перпендикулярна к зеркалам резонатора, а направляющая напоминает синусоиду (рис. 2.16). Непланарный р - п-переход был получен путем диффузии цинка в пластину из арсенида галлия, легированную теллуром, полированная сторона которой имела форму цилиндрической поверхности. Радиус кривизны в каждой точке направляющей выбирался таким, чтобы подавить усиленную люминесценцию и генерацию в боковом направлении. Форма образую-

щей кривой может быть произвольной, за исключением гладких замкнутых прямых типа эллипса и окружности. Мощный лазер в виде кругового цилиндра сделать нельзя, поскольку при большом радиусе не будет.подавлен волноводный эффект, а при малом радиусе цилиндра будет малой площадь р - п-перехода. Лазеры с непланарным р /г-переходом позволяют получить луч большой мощности. Опыты показывают, что порог генерации таких лазеров практически не зависит от ширины диода.

Вопросы и задачи

2.1. Назовите пять признаков преодоления порога генерации. 2.2. Общее число частиц активного вещества п = 10" см, максимальный коэффициент поглощения на частоте генерации х„ = 20 см". Пренебрегая населенностью всех остальных уровней, найдите концентрацию частиц на верхнем уровне п,, необходимую для получения генерации в резонаторе с коэффициентом потерь к„ = 8 см~. Отношение степеней возрождения уровней gi/g/ = 2(l/2). 2.3. В чем принципиальное отлнчне генерации по трех-и четырехуровневым схемам? По какой схеме реализуется генерация в собственном полупроводнике? 2.4. Постройте зонную диаграмму лазерного р - и-перехода с указанием активного слоя. 2.5. Почему в квантоворазмерных слоях происходит увеличение ширины запрещенной зоны?

2.6. Что произойдет с порогом генерации, если квантовый выход люминесценции уменьшится в два раза?

2.7. Чем определяется оптимальная толщина активного слоя, при которой порог имеет наименьшее значение?

2.8. Какие преимущества дает улучшение волноводных свойств активного слоя? 2.9. С увеличением коэффициента потерь Кп, см, плотность порогового тока растет

вначале как (а+160 71) А/см и достигает 670 А/см при к„ = 4 см" . В дальнейшем функция /4к„) становится линейной и при к„=16 см" /„=10=* А/см. Определите лазерные параметры р, /о, /««в на линейном участке кривой. 2.10. Чему соответствует длина волны генерации в резонаторе с селективными и неселективными потерями? 2.11. Выразите формулой зависимость коэффициента усиления от частоты в модели: экспоненциальный хвост зоны проводимости gr = goexp Ес/Ео - дискретный уровень акцептора (см.



рис. 2:12,5). Вероятность заполнения акцепторного уровня равна fa, распределение электронов по уровням энергии Ее описывается функцией Ферми - Дирака.

2.12. Почему в области низких температур порог генерации гомолазера практически ие зависит от температуры? Назовите две возможные причины этой закономерности.

2.13. Какой тип электромагнитного излучения, кроме генерируемых мод, неизбежно имеется в резонаторе любого работающего лазера? 2.14. Как изменится коэффициент потерь люминесценции «л, если площадь активного слоя увеличится в два раза? 2.15. В каких случаях люминесценция снижает порог генерации? 2.16. Чем ограничивается объем активной среды в лазерах? 2.17. Каким путем можно увеличить энергию и мощность генерируемого излучения?

Мощность и кпд стационарной генерации лазерных диодов


Фотодетектор




Глава 3. МОЩНОСТЬ И КПД СТАЦИОНАРНОЙ ГЕНЕРАЦИИ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ

§ 3.1. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ И ГЕНЕРАЦИЯ

Рост люминесценции после преодоления порога.

Мощность генерации в общем виде выражается формулой (2.18). В неявном виде через функцию /(/) в ней содержится зависимость порога и мощности генерации от усиленной люминесценции и нагревания диода с ростом тока накачки.

В идеально однородном слое, находящемся при постоянной температуре, после преодоления порога скорости люминесценции R., и неоптических переходов остаются постоянными и не зависят от накачки. Это следует из условия, что в режиме стационарной генерации при возбуждении выше порога коэффициент усиления Кус, однозначно связанный с Rjt, остается равным коэффициенту потерь. Поэтому всякое увеличение скорости накачки будет компенсироваться равным увеличением скорости генерации. На этом основании функцию /(/) в (2.18) иногда считают постоянной и равной пороговому току.

В реальных диодах генерирующий слой всегда меньше объема, в котором происходят процессы люминесценции и безызлучательной рекомбинации. Даже в бездислокационных диодах с однородным ближним полем излучения к генерирующему слою со стороны п- и р-областей прилегают люминесцирующие слои. Часто целые участки активной среды не охвачены генерацией и картина ближнего поля имеет пятнистую структуру.

Кроме того, с ростом тока диод нагревается, спектр усиления расширяется. Можно ожидать, что некоторая часть тока у, превышающая порог, будет расходоваться на увеличение скорости люминесценции и безызлучательной рекомбинации в негенерирующих частях диода, к которым условие Кус = Кп не относится.

Лазерные дисковые проигрыватели



[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]

0.0008