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]

активной и пассивной частей пластины равны 5 см , коэффициент поглощения пассивной части на частоте генерации порядка 10 см~. Найдите коэффициент потерь плоского резонатора для rr=rj = 0,37 и г, = 1, rj =

= 0,98. 7.16. Как создается оптический резонатор для генерации вдоль оси стримера? 7.17. Вдоль оси стримера распространяются два потока генерируемого излучения: один в направлении распространения стримера Sr, а другой в обратном направлении s2. Какой из двух потоков будет раньше зафиксирован прибором? Чему равно время задержки одного луча относительно другого?

7.18. Что общего между стримерным лазером и лазером на доменах Ганиа? Чем они отличаются друг от друга?

7.19. На переднем фронте стримера, распространяющегося вдоль оси X со скоростью Чс, электрическое поле имеет форму W (x - Vct) =W(j ехр [-(x - Vct)/х1]. Пренебрегая размером области локализации электрона, определите характерное время действия т„ импульса поля на связанный электрон, если хо=\0~ см, Ус = 8-10* см/с.

7.20. Чем определяется уровень энергии в валентной зоне полупроводников, вблизи которого может происходить накопление горячих носителей? 7.21. Пусть заданы эффективные массы легких и тяжелых дырок, а также энергия оптического фонона. Определите графически примерное положение уровней инверсной населенности, возникающей в полупроводнике, помещенном в скрещенные электрическое и магнитное поля. 7.22. Почему генерация в полупроводниках, возбуждаемых скрещенными W ±Ж полями, характеризуется низким КПД? 7.23. В каком спектральном диапазоне лежит длина волны излучения лазеров на горячих носителях?


деградация лазеров






г л а в а 8. ДЕГРАДАЦИЯ ЛАЗЕРОВ

§ 8.1. ВНЕШНИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ



Определение терминов «деградация» и «отказ». Деградацией полупроводниковых лазеров называются необратимые изменения их активной среды, приводящие к ухудшению характеристик прибора и в конечном итоге к выходу его из строя. Как правило, в процессе работы лазеров увеличивается порог и уменьшаются мощности, внутренние квантовые выходы и КПД генерации и люминесценции; увеличивается число генерируемых мод и угол расходимости излучения; ближнее поле становится более неоднородным; уменьшается время жизни носителей тока, изменяются временные характеристики генерации; в лазерных диодах понижается величина обратного напряжения пробоя, становится более пологой прямая ветвь вольт-амперной характеристики.

Различают медленную и быструю деградацию. Медленная деградация - это невидимые, в том числе и под микроскопом, однородные по объему изменения активной среды и зеркальных граней, играющие важную роль только в высокосовершенных лазерах, лишенных технологического брака и эксплуатируемых в относительно мягком режиме, не создающем экстремальных нагрузок на рабочее вещество, резонатор или другие части прибора. Медленная деградация инжекционных лазеров имеет некоторые механизмы, общие со старением светодиодов, дающих некогерентное излучение.

Быстрая деградация - это локальная, значительно более быстрая, чем старение, деструкция вещества. В активной среде лазеров, деградированных таким путем, под микроскопом, в лупу, а иногда и простым глазом наблюдаются темные линии и темные пятна, называемые

Голографическая установка для изучения деформации зеркал инжекционных лазеров с точностью до 0,006 мкм (А. Н. Кузьмин, Г. И. Рябцев, Л. В. Танин и др.)



дефектами темных линий (ДТЛ) и дефектами темных пятен (ДТП) *\

Иногда говорят о катастрофической деградации, подразумевая под этим внезапный выход из строя лазера, обусловленный в основном разрушением зеркал резонатора под действием генерируемого излучения.

Отказом называется выход хотя бы одного из параметров лазера за заранее указанные пределы. Естественно, если генерацию нельзя возбудить вообще, то во всех случаях это будет отказом. Однако критерий отказа - понятие более сложное и неоднозначное. Например, если требуется мощность генерации, большая некоторой минимальной величины Sr"", то неравенство SrS""" и буде. критерием отказа. Аналогичные требования можно предъявить к ширине и стабильности линии в спектре генерации, однородности ближнего поля, верхнему пределу накачки и другим характеристикам прибора.

Деградация лазера рано или поздно ведет к его отказу. Однако в том смысле, как она определена выше, деградация не является единственной причиной отказа. Возможны отказы, обусловленные явным или скрытым технологическим браком: некачественными зеркалами резонатора, плохими теплоотводом или контактами, неисправным монтажом диода в корпусе, проникновением в структуру посторонних веществ и т. п. Перегрузка активной среды накачкой или лазерным излучением также ведет к отказам.

Поскольку технологический брак можно устранить, на зеркала резонатора нанести защитные покрытия и не допускать различных перегрузок, то наибольший интерес представляет изучение неустранимых причин отказов, определяющих срок службы наиболее долгоживущих лазеров. Подробно этот вопрос изучен в инжекционных лазерах.

Увеличение порога генерации. В первые часы генерации у некоторых диодов наблюдалось уменьшение плотности порогового тока, что можно объяснить токовым или лазерным отжигом дефектов. Но это исключение из правила. Обычно либо сразу же после начала работы, либо через некоторое время начинает возрастать порог генерации.

* ДТЛ и ДТП - неудачное заимствование из английского. Более логично называть: деградацжшные темные линии и деградационные темные пятна.


0.5Ю

Рис. 8.1. Нелинейный (а) и линейный (б) участки роста порогового тока в процессе деградации шести (/-6) гетеролазеров на основе AlGaAs (Н. Ishikama et al., 1979 г.)

Кривая роста может быть монотонной или ступенчатой.

В целом, если отвлечься от деталей, порог растет примерно линейно со временем, и только после значительной деградации прибора обнаруживается более быстрый рост.

На зависимости порогового тока долгоживущих гетеролазеров в системе GaAs/Al.rGai- xAs от t можно выделить три участка. Первоначально, в течение нескольких десятков часов, величина /„(/) быстро возрастает со временем. Затем скорость роста порога замедляется, и функция /„(/) выходит на участок, в пределах которого (несколько тысяч часов непрерывной работы) она аппроксимируется прямо пропорциональной зависимостью от времени (рис. 8.1, а). Наконец, после длительной работы диода линейная зависимость /„(/) вновь сменяется крутым ростом порогового тока.

На начальном этапе увеличения порогового тока выявляются скрытые дефекты производства лазерных диодов, начиная с обработки пластин и до монтажа кристаллов. В высококачественных приборах относительное увеличение /„ на .этом участке невелико, функция /„(/) имеет вид прямой линии в интервале / = 0...12 000 ч (рис. 8.1,6). Наряду с плавным увеличением порога часто наблюдается и его скачкообразный рост, что можно объяснить выгоранием отдельных нитей генерации (рис. 8.2).

Падение внутреннего квантового выхода и мощности генерации. Поскольку мощность генерации является функцией порога (см. формулу (3.2)), то рост порога неизбежно сопровождается падением мощности генерации, что и показано на рис. 8.2. Кроме того, мощность генерации прямо пропорциональна внутреннему квантовому выходу генерации, не зависимому от порога, но



[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