Параметры и характеристики полупроводниковых лазеров. Спектральные свойства полупроводникового лазера

3.6.2. Параметры и характеристики полупроводниковых лазеров

Спектральные свойства полупроводникового лазера. Для продольной  моды резонатора,  длина пробега световой волны в резонаторе туда и обратно равна целому числу длин волн. Если  N  порядок моды, то для этой моды имеем:

  Nl=2Ln                                                   (3.66)

Для следующей соседней моды порядка  N+1 c длиной волны l_N+1 аналогично можно записать   (N+1) l_N+1 = 2nL. Интервал между соседними модами определяется выражением 

                                               (3.67)

Так при l = 0,9 мкм, n=3,6 и L= 300мкм интервал между модами составляет Dl = 0,4 нм. Обычно ширина спектральной линии  много больше интервала между частотами соседних мод резонатора. В этом случае в пределах ширины спектральной линии среды размещается несколько продольных мод. Это можно видеть на регулярной линейной структуре спектра излучения, показанного на рис.3.56. Число мод выходящих в генерацию можно изменять размерами резонатора, при большой длине резонатора число мод в пределах спектральной ширины линии  возрастает, так как  уменьшается интервал  частот соседних мод. Отсюда следует, что в формировании спектра излучения важными  являются резонансные свойства полупроводника и форма его спектральной линии, в принципе можно считать совпадающей с линией показателя усиления.

Из спектрограмм сигнала рис.3.57, полученных при различных значениях протекающего тока, следует, что при величине тока, меньшей порогового значения ширина спектра велика. При величине тока, незначительно превышающей I_n, на выходе наблюдается 1 спектральная линия Df=0,5 м.

Если величина тока>>I_n, на выходе наблюдается много спектральных линий, соответствующих типам колебаний. Расстояние между соседними модами »1, что соответствует: 

                         ,                                             (3.68)

где    l- 8400  ,   L- 1 мм,  n-3,6.

Имеется ряд причин, по которым энергия фотона когерентного излучения полупроводникового лазера отличается от  Е_q . Более того, энергия непостоянна даже у лазерных диодов, изготовленных из одного материала,  и зависит от легирования, способа изготовления и добротности резонатора. Для характеристики спектральных свойств лазера  важно выяснить, какая происходит эволюция спектра при увеличении тока накачки. Для того чтобы установить спектральный интервал, можно воспользоваться спектрально- пороговой характеристикой. Такая характеристика представляет собой взаимосвязь между энергией фотона (или длиной волны) и пороговой плотностью тока. Поскольку пороговый ток определяется добротностью резонатора, эта характеристика дает в неявном виде  спектральную зависимость максимального усиления.

При превышении порогового значения плотности тока накачки спектр изучения обогащается новыми типами колебаний, причем обычно генерация становится многомодовой как показано на рис. 3.56 если и не самом пороге генерации, то при весьма значительном