Рис. 4.9. Зависимости глубины модуляции Af (а), коэффициента нелинейного искажения /с„.„ (б) и коэффициента иеодно-модовости Кх (в) от величины переменной составляющей тока инжекции при частоте /„ = 0,2 (/), 740 (2), 1000 МГц (5) . (В. И. Малахов, А. Ф. Солодков, С. Д. Якубович, 1985 г.)

пер.зц»

/ = /о + /пер sin 2я/„/,

где /пер - амплитуда переменной части тока; - частота модуляции. На линейном участке ватт-амперной характеристики мощность генерируемого излучения выражается аналогичной формулой, причем глубина модуляции М, равная отношению переменной составляющей мощности sr*" к постоянной S°, достигает 100%, а при сохранении одночастотного режима -80%.

На рис. 4.9 приведены характеристики модулированного излучения полоскового гомолазера на основе GaAs, работающего при криогенном охлаждении. Длина диода / = 200 мкм, ширина полоски 10 мкм, /о = 380 мА, 5гЛ;48 мВт. Амплитуда переменной составляющей тока варьировалась от О до 120 мА. Как видно из рисунка, на всех частотах в диапазоне 0,2... 1000 МГц получена эффективная модуляция, достигающая 100%. В значительном интервале токов /пер глубина модуляции является линейной функцией /„ер. Отклонения от линейности при приближении к 100 % обусловлены нелинейностью

ватт-амперной характеристики вбл1зи порога, поскольку при Л1100% SrO.

Нелинейные искажения модулированного сигнала можно охарактеризовать отношением суммы амплитуд высших гармоник радиочастотного спектра к амплитуде основной гармоники Srf, называемым коэффициентом нелинейных искажений

Ки.и -

к> 1

С увеличением тока от О до 50 мА /с„.„ = 0 (см. рис. 4.9,6), хотя глубина модуляции на низких частотах превышает 80 % и для /„==740 МГц составляет порядка 50%. В дальнейшем возникают высшие гармоники и /Сн.н достигает значений 1...2% при М-*-100%.

В случае высоких частот модуляции (f„>200 МГц) одночастотный режим генерации сохраняется до значений 80 %. Для меньших значений характерен переход к многомодовой генерации, как только глубина модуляции становится больше 20% (см. рис. 4.9, в).

Вопросы и задачи

4.1. Назовите четыре основных временных режима работы лазеров. 4.2. Лазер возбуждается прямоугольными импульсами тока, в два (десять) раза превышающими стационарный порог генерации. Оцените время задержки генерации t,, если время жизни электронов, обусловленное спонтанными переходами, тo=10- с. 4.3. Оцените отношение и..шульсного порога генерации к стационарному /Г" ", если отношение длительности прямоугольного импульса возбуждения к спонтанному времени жизни электронов Д/,/те„ = 0,1; 1; 10. 4.4. Как изменяется частота колебаний (пульсаций) излучения ллзера с увеличением тока накачки и коэффициента потерь резонатора? 4.5. Лазер работает в режиме синхронизации 50 мод, длина резонатора / = 0,5 см. Определите длительность УКИ генерации Л/уки. 4.6. Чем обусловлен пичковый режим генерации при возбуждении постоянным током? 4.7. Сред-

няя по времени мощность непрерывной генерации лазера равна 10 мВт, энергия квантов излучения /!Vr=l,47 эВ. Среднеквадратичные флуктуации числа фотонов в единицу времени в расчете на единичный интервал частот в области 100 МГц равны <ДЛ/г> = 10 Гц"с". Вычислите относительную интенсивность шума /„,(/). 4.8. Используя полученный при решении 4.6 ответ, найдите отношение сигиал/шум Q в децибелах для интервала частот f = \0 Гц. 4.9. Дайте определение коэффициента нелинейных искажений к„.„.

Лазеры с оптической накачкой

Глава 5. ЛАЗЕРЫ С ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКОЙ

§ 5.1. ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА В nOJJVnPOBOflHHKAX

Особенности оптической накачки. Инжекционные лазеры, особенно гетеролазеры,- это сложные многослойные структуры, для получения которых требуется высокосовершенная технология выращивания и легирования монокристаллов и тонких пленок, нанесения омических контактов и выполнения других сложных операций. Во многих широкозонных полупроводниках лазерные р - л-переходы не удается получить из-за монотипности электропроводимости кристаллов, а для выращивания качественных и устойчивых к деградации гетероструктур необходимо соответствие постоянных кристаллических решеток компонентов, что не всегда реализуется.

При оптической накачке не требуется создания каких-либо структур. Можно пользоваться однородными образцами р- и л-типа, слабо и сильно легированными, или, что особенно важно, собственными полупроводниками, хотя, будучи универсальным способом создания инверсной населенности, оптическая накачка позволяет возбуждать гетероструктуры и квантоворазмерные слои. В то же времяесли в инжекционных лазерах происходит прямое преобразование энергии электрического тока в излучение, то в случае оптической накачки реализуется двух-этапное преобразование энергии.»Вначале энергия внешнего излучения преобразуется в энергию различных возбужденных состояний кристалла, а затем некоторая ее часть снова возвращается в излучение спонтанное или стимулированное. Эффективность этих процессов определяется как характеристиками света (его спектральным составом, поляризацией, интенсивностью, степенью когерентности и направлением распространения), так

Индикатрисы излучения игольчатых и лепестковых лазеров