Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Електроніка

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

РІЗНОВИДИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ЛАЗЕРІВ

Полоскова лазери. Було досліджено велике число конструкцій лазерів, виконаних на основі Полоскова геометрії. Однією з найбільш ефективних виявилася мезаполосковая структура, представлена на рис. 21.11. Прилади цього типу дозволяють реалізувати одномодовий режим роботи при пороговому струмі менше 50 мА. Розміри структури: ширина - 6 мкм, довжина - 100 мкм, товщина активної області - 0,5 мкм. Однак гранична щільність струму - 6 кА / см 2 більше в порівнянні з 1 кА / см 2 для структури з більшою шириною.

Гетеролазери з розподіленою зворотним зв'язком. Найбільш ефективним способом формування необхідної оптичної зворотного зв'язку є використання зворотного розсіювання Брегга при періодичному зміні коефіцієнта заломлення і (або) посилення в лазерному волноводе. Такі зміни (обурення) можуть бути отримані за рахунок того, що труїть періодичної рифленою структури на кордоні між активним р-ОаАз-шаром і р-ОаА1Аз-шаром в однобічній гетероструктуре (рис. 21.12). Гратчаста структура виходить за рахунок інтерферометричної експозиції фоторезиста на поверхні р ІаАе з подальшим повним травленням через отриманий фоторезист і нарощуванням шару АЮаАе. Період травлення X вибирається з умови

де - довжина хвилі випромінювання лазера у вільному просторі; Р постійна поширення в волноводе; т = 1, 2, 3, ... - ціле число; п - коефіцієнт заломлення хвильове матеріалу.

Мал. 21.11

Мал. 21.12

Довжина хвилі випромінювання ОаАз / АЮаАз-лазерів при наявності розподіленої зворотного зв'язку в гратчастої структурі змінювалась

про

ється приблизно на 0,5 А / К через зміну коефіцієнта заломлення в залежності від температури. Для гомолазеров з резонаторами Фабрі-Перо зміни довжини хвилі від температури становлять величину ~ 4 А / К і викликані зміною ширини забороненої зони напівпровідника. З інших особливостей лазерів з розподіленою зворотним зв'язком слід зазначити хвильову селективність, можливість контролю поздовжніх мод і добре сколлімірованние вихідні промені.

У лазерах з розподіленою зворотним зв'язком можна здійснити узгодження оптичних ефектів, обумовлених періодичною структурою і резонаторами типу Фабрі-Перо. Фізичний механізм такого узгодження пояснюється на рис. 21.13. За законами геометричної оптики промені від виступів будуть розсіюватися в фазі, якщо додаткове відстань X + Ь для променів 1 ... 4 при розсіюванні від сусідніх виступів буде кратно довжині хвилі світла в матеріалі 0 / п) у т. Е.

причому b відраховується від плоского фронту хвилі (ПФВ), а Л - період решітки Брегга. Оскільки b = X sin 0, то

Якщо Х 0 / п = X , тоді 0 = 0 при т = 1, хвильовий фронт буде паралельний р -я переходу лазера і промені будуть ортогональні. при

Мал. 21.13

т = О рішення (21.6) буде описувати розсіювання світла в прямому напрямку, а при т = 2 - в зворотному напрямку. Як пряма, так і зворотні хвилі розсіюються, поширюючись як вище, так і нижче рифленої поверхні. Можливі кути променів в повітрі після віддзеркалень визначаються зі співвідношення

де Ф - кут хвильового фронту, який вимірюється щодо нормалі. Оскільки sin Ф <1 і п = 3,6 для GaAs і AlGaAs, в зовнішньому просторі буде видно тільки промені всередині конуса з кутом 16 °. Оптимальне розташування поверхні рифлення при розподіленої зворотного зв'язку ортогонально переходу і визначається співвідношенням

Формула (21.8) визначає бреггівськими розсіювання близько 2 р в структурі з розподіленою зворотним зв'язком. При р = 1 існує тільки випромінювальна мода, нормальна до площини рифлення. Величина розходження вихідного променя вздовж напрямку рифлення ~ 0,35 ° і може бути обчислена за формулою (21.7). Диференціюючи цей вислів, отримуємо

При ТАК. = 6 А кут розходження становить 0,21 °. Розрахунки показують, що розбіжність в ортогональному площині рифлення напрямку становить 10 °. Це добре узгоджується з вимірюваної діаграмою спрямованості в далекій зоні. Вихідна випромінювання повністю поляризоване (вектор електричного поля хвилі паралельний площині рифлення). Рівень безізлучательной рекомбінації в перехідній області досить високий навіть при отриманні рифлення травленням. Тому часто використовують структуру з розподілом активної і хвилеводної областей (рис. 21.14).

Для зменшення робочого струму в ДГС-лазерах необхідно зменшувати товщину активної області с / (см. Рис. 21.8).

Однак, якщо розмір активної області стає менше довжини хвилі, в ній різко зростають оптичні поті-

Мал. 21.14

ри, обумовлені просочуванням світла в сусідні з активною низькоомні області і погіршенням хвилеводних властивостей активного середовища. Щоб знизити вплив цих ефектів, необхідно розділити області електронного та оптичного обмеження. На рис. 21.14 надтонкий активний шар р -ваАв товщиною й <& X розміщується всередині більш товстих шарів.

При подачі прямого напруги електрони і дірки з широкозонних п і р областей инжектируются в прилеглі до них області, так само, як це відбувається у звичайній ДГС-струк-турі. Профілі зміни концентрації в р областях підбираються таким чином, щоб основна частка інжектованих носіїв, що створюють інверсію заселеність, була зосереджена всередині шару р ваАв, а оптичний хвилевід формується на кордонах р-СаАя і р-ВАА! Ав.

На рис. 21.14 області переважного поширення світла позначені світлими смужками поруч з р-ОаАв.

В сучасних лазерах з роздільним оптичним і електронним обмеженням активна область, де відбуваються накопичення і випромінювальна рекомбінація нерівноважних електронів і дірок, являє собою квантоворозмірні структури (див. Гл. 10), в яких функція щільності енергетичних станів має ступінчастий вигляд, що зменшує теплове розмиття в розподілі носіїв по енергії і полегшує досягнення інверсної населеності. Максимальний коефіцієнт посилення зростає, а температурна залежність порогової щільності слабшає.

Для формування квантово структур шари повинні бути тонкими, причому кожна з областей п- і р-гетероструктури на рис. 21.14 є шаруватої з різною концентрацією і різними співвідношеннями домішок А1 і Іа.

Необхідність виготовлення надтонких шарів (~ 0,01 ... 0,1 ... 1,0 мкм) для створення активних структур в лазерах з роздільним обмеженням струму накачування і випромінюваного світла пред'являє дуже високі вимоги до технології виготовлення і до контрольно-вимірювальної техніки . По суті справи, необхідно контролювати структури з точністю до одного атомного шару. Технології, що дозволяють реалізувати такі параметри, називаються нанотехнологіями (див. Гл. 10).

На закінчення відзначимо, що використання квантово структур в активній області ДГС-лазерів з роздільним обмеженням дає можливість: зменшити граничну щільність

струму накачування, послабити вплив температури, збільшити коефіцієнт посилення активного середовища на одиницю довжини, поліпшити

спектральні характеристики.

 
<<   ЗМІСТ   >>