Основные параметры и характеристики полупроводниковых лазеров

Ватт-амперная характеристика – зависимость мощности излучения от тока накачки (рис. 8.1)

Рис. 8.1. Ватт-амперная характеристика.

На типичной ватт-амперной характеристике гетеролазера можно выделить три участка:

1.Светодиодный режим – участок, на котором преобладает спонтанное излучение, смещение структуры еще не велико и инверсная населенность не достигнута. Лазер в этом режиме аналогичен светодиоду с торцевым выходом излучения;

2.Режим суперлюминесценции – доля индуцированных переходов уже сравнима с величиной спонтанного излучения;

3. Режим лазерной генерации – мощность излучения на этом участке существенно выше, чем на первых двух, а зависимость мощности излучения от силы тока практически линейна.

Спектральная характеристика – зависимость мощности излучения от длины волны; определяется током накачки (режимом работы лазера).

В светодиодном режиме ширина спектра максимальна, а сама кривая имеет гладкий непрерывный характер (рис. 8.2)

Рис. 8.2. Спектральная характеристика в светодиодном режиме.

При приближении величины тока накачки к (соответствует режиму суперлюминесценции), ширина спектра существенно уменьшается.

В режиме лазерной генерации кривая имеет ярко выраженные спектры отдельных мод, возникающие из-за неидеальности оптического резонатора (рис. 9.3). Ширина спектра при этом обычно не превышает нескольких нанометров, а ширина спектральной линии отдельной моды менее 0,01 нм (рис. 8. 4)

Рис. 8. 3. Спектральная характеристика в режиме лазерной генерации.

Рис. 8. 4. Ширина спектра одной моды

По виду спектральной характеристики лазеры подразделяются на:

1.Одномодовые – основная мощность излучается на одной моде, а все остальные имеют существенно меньшую амплитуду (рис. 8. 5)

Рис. 8. 5. Спектральная характеристика одномодового лазера

2.Многомодовые – имеется несколько мод излучения, сравнимых по амплитуде (рис. 8. 6).

Рис. 8. 6. Спектральная характеристика многомодового лазера.

Частотная характеристика – зависимость значения амплитуды импульса оптического излучения от частоты модуляции (рис 8. 7.)

Рис. 8. 7. Частостная характеристика лазера.

Резонансный характер АЧХ лазера объясняется тем, что рост концентрации носителей в активной области, вызванный увеличением модулирующего тока, происходит с некоторой задержкой. Повышение концентрации вызывает рост рекомбинационного излучения, которое, опять с задержкой, увеличивает индуцированную рекомбинацию, что приводит к падению концентрации носителей. Наличие задержек приводит к переходу через равновесное состояние и процесс становится колебательным – явление электрон-фотонного резонанса. Переходная характеристика – характеризует импульсный режим работы; из-за явления электрон-фотонного резонанса имеет релаксационные колебания. Ток смещения желательно поддерживать возможно ближе к пороговому для уменьшения времени переходных процессов и повышения быстродействия.

При импульсной модуляции даже лазеры, стационарное излучение которых является одномодовым, оказываются многомодовыми в течение нескольких наносекунд при импульсном переходе через порог лазерной генерации.