Полупроводниковый инжекционный гетеролазер, страница 3

Рабочие характеристики инжекционных лазеров. Электрические характеристики, выходная мощность и спектры излучения определяются особенностями конструкции и материалом активной области. Типичная вольт-амперная характеристика ДГС-лазера с широким контактом на основе приведена на рис. 4.2. Напряжение, при котором ток равен 1 мА, обычно составляет 1,1…1,2 В. Если при таком напряжении ток прямого смещения значительно превосходит 1мА, то это свидетельствует о наличии дополнительных паразитных каналов избыточного тока, приводящих к увеличению J_пор.  Напряжение пробоя при обратном смещении зависит от уровня легирования. Характерное значение – около 6 В.

     Рис. 4.2. Типичная вольт-амперная характеристика ДГС лазера с широким контактом

Ток в прямом направлении при его изменении от 10^-10 до 10^-3 А хорошо описывается известным соотношением I_пр~exp(eU/2kT). При больших токах на вольт-амперную характеристику начинают влиять разогрев и паление напряжения на контактах и в приконтактных областях.

Типичные спектры излучения ДГС-лазера приведены на рис. 4.3. В лазерах с широким контактом или с большой шириной полоски в зависимости выходной мощности от тока накачки могут наблюдаться характерные изломы, вызванные нестабильностью работы. В полосковых лазерах с узким контактом эти неприятности отсутствуют.

Спектр излучения при токах ниже порогового представляет собой сравнительно широкую полосу, обусловленную межзонными или квазимежзонными спонтанными переходами в активной области гетеролазера. При приближении к порогу в спектре излучения возникает модовая структура, которая при токе вблизи порогового проявляется очень отчетливо (рис. 4.3). Этот режим работы называется сверхлюминесценцией или суперлюминесценцией:  в активной области создана инверсия населенности, но ее еще не хватает для начала генерации, т.е. еще не выполнено условие самовозбуждения. При J > J_пор спектр излучения сужается, увеличивается направленность и когерентность излучения. При изменении плотности тока накачки возможен перескок с одной моды на другую. При увеличении тока накачки максимум спектральной зависимости показателя усиления сдвигается в коротковолновую область. Одновременно при больших J происходит нагрев кристалла, за счет чего спектр сдвигается в длинноволновую область. Часто второй эффект преобладает над первым.

Рис. 4.3. Изменение спектра излучения ДГС –лазера с изменением тока накачки. Ширина полоска 0,3 мкм; I_пор = 50 мА.

                              Рис. 4.4. Ватт-амперная характеристика ДГС-лазера

На рис. 4.4 приведена ватт- амперная характеристика лазера на гетероструктуре и спектры излучения в разных ее точках. Если в активной области лазера имеются факторы, приводящие к неоднородному уширению спектральной линии люминесценции (например, неоднородность состава по площади активного слоя), то даже в полосковом РОДГС-лазере велика вероятность генерации в многомодовом режиме с участием нескольких продольных мод.

Диаграмма направленности инжекционного лазера определяется теми же факторами, что и у лазеров других типов. Для основной моды угол расходимости дается соотношением

где β – числовой коэффициент порядка единицы; его точное значение зависит от распределения амплитуды поля, а также от способа которым определены Θ_D  и d. Так как поперечные  размеры активной области в полупроводниковых лазерах очень малы, то дифракционная расходимость будет велика. В плоскости, перпендикулярной активному слою, она будет определятся толщиной области оптического ограничения D, а в плоскости p-n-перехода – шириной области генерации или шириной полоски W в полосковом лазе. Так как D < W, то угол расходимости излучения в плоскости p-n-перехода Θ_п  будет меньше, чем в перпендикулярной плоскости . картина излучения полоскового гетеролазера работающего в одномодовом режиме, в дальней зоне представляет собой эллипс, расширяющийся в направлении, перпендикулярном поверхности слоя. Для его фокусировки могут быть использованы цилиндрические линзы.