КПД накачки зависит от уровня джоулевых, тепловых потерь в контактах “металл – полупроводник” (aкт = 0,02…0,05) и в неактивных частях кристалла, проводящих ток (aкр = 0,05…0,1). Тогда hнак = (1 - aкт)(1 - aкр).
Вследствие частичной “прозрачности” потенциальных барьеров на границах гетероструктуры для электронов некоторая доля актов рекомбинации происходит за пределами активной зоны, что влияет на величину рекомбинационного КПД hрек = 0,8...0,9. Рекомбинация электронов и дырок в активной области может быть излучательной и безызлучательной. В процессе излучательной рекомбинации часть квантов теряется в виде спонтанного излучения, уровень которого сильно зависит от температуры полупроводника. Эффективность процесса рекомбинации характеризуется квантовым выходом q = 0,7…0,8, определяемым отношением числа индуцированных квантов к числу актов рекомбинации в активной зоне. Часть квантов выходит за пределы оптического волновода, сформированного в активной зоне, и теряется там. Оставшаяся часть квантов участвует в усилении и может быть охарактеризована фотонным КПД hф = 0,85...0,95.
И, наконец, потери энергии возникают из-за превышения потенциального скачка в пределах гетероструктуры над шириной запрещенной зоны DE, определяющей длину волны выходного излучения ИППЛ l = hc /DE . В простейшем случае гомоперехода энергетический КПД hэн = DE /(Fe – Fp) близок к единице, поскольку разница (Fe – Fp) – DE имеет порядок kT. У лазеров со сложными гетероструктурами hэн = 0,7…0,8. С учетом перечисленных потерь hАС = q hрек hф hэн.
КПД оптического резонатора определяется отношением потока квантов, выходящих через рабочее зеркало, к потоку квантов, циркулирующему в оптическом резонаторе. Рассчитывается hОРИППЛ по стандартной методике, включенной в программу автоматизированной оптимизации оптического резонатора.
Мощность Рнак накачки – мощность, потребляемая ИППЛ, зависит от порогового тока Iпор, падения напряжения на лазерном диоде U, уровня мощности излучения P и КПД лазера: Рнак = UI = U Iпор + P / h0.
Пороговый ток, в свою очередь, определяется площадью контактной площадки S = DL и плотностью jпор тока накачки, необходимой для выведения лазера на порог генерации: Iпор = D L jпор. Величина jпор зависит от множества факторов, включая температуру, материал, структуру и геометрию активной среды, и колеблется в пределах сотен-тысяч ампер на квадратный сантиметр (см. табл. 4.6).
Падение напряжения на ИППЛ с учетом рассуждений о коэффициентах полезного действия накачки и активной среды может быть найдено как U = DE/ hкт hкр hэн. По рассчитанным Рнак и U определяется рабочий ток I инжекционного лазера.
Тепловой расчет ИППЛ сводится к определению площади радиатора, необходимой для отвода тепловой мощности в условиях естественного воздушного охлаждения. Отправной точкой является тот факт, что рабочая температура прибора может превышать комнатную не более чем на 10…20 К.
Питание ИППЛ осуществляется обычно от стабилизированных источников, со схемами которых можно ознакомиться в справочной литературе. В простейшем случае схема питания представляет собой выпрямитель с емкостным фильтром и балластным резистором, включенным последовательно с лазерным диодом. Сопротивление резистора обычно больше или близко к внутреннему статическому сопротивлению ИППЛ. Учитывая эти обстоятельства, можно рассчитать необходимое напряжение источника питания и выбрать его в соответствии со стандартным рядом.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.