Оптоэлектроника

Правила масштабирования для лазеров с набором квантовых ям

Сравним теперь поведение лазеров с гетеропереходом и одиночной квантовой ямой. Как отмечалось в предыдущих разделах, требуемые концентрации носителей при порогах прозрачности и лазерной генерации практически идентичны вне зависимо­сти, рассматривается объемный полупроводниковый лазер или квантово-размерный лазер. С другой стороны, необходимые плотности тока уменьшаются пропорцио­нально й, ширине области усиления. К тому же мы заметили, что в квантово-размер­ной системе усиление возрастает более резко в функции тока возбуждения вслед­ствие одномерного характера плотности состояний (смотрите рисунки 13.10 и 13.22). С нижней стороны оптическое усиление в лазерах с одиночной квантовой ямой на­сыщается более быстро в функции тока накачки (по крайней мере, до тех пор пока не включатся другие квантово-размерные переходы типа е2—кк2); в то же время в объемных полупроводниковых лазерах на основе гетероструктур усиление будет про­должать расти. Эти особенности в суммарном виде представлены на рис. 13.26.

Теперь мы уже в состоянии поставить вопрос о том, каково должно быть коли­чество квантовых ям для того, чтобы свести пороговый ток до минимума. По­нятно, что по мере того, как возрастает количество квантовых ям (что соответ­ствует включению набора квантовых ям в то, что называется структурой с набором квантовых ям), тем больше будет усиление и тем легче будут компенсироваться потери. С другой стороны, если число ям слишком велико, то необходимый поро­говый ток будет возрастать пропорционально Л^. Таким образом, существует не­кое оптимальное число квантовых ям, являющееся результатом компромисса меж­ду этими противодействующими факторами.

Для определения этого оптимального числа зададим следующие параметры:

• — максимальное усиление лазера с одиночной квантовой ямой:

(13.62)

подпись: (13.62)С, = ГУо 1п

Усиление

Правила масштабирования для лазеров с набором квантовых ям

Рис. 13.26. Сравнение кривых усиление—ток для объемных и квантово-размерных лазеров.

Здесь 1 есть плотность тока прозрачности для одиночной квантовой ямы, а ^ есть плотность тока накачки структуры.

> <7^ есть усиление структуры, аналогичной предыдущей, но обладающей N кванто­выми ямами. В предположении, что связь с электромагнитными волнами иден­тична для всех ям, находим:

(13.63)

подпись: (13.63)= NGX = М>01п

Если 1М есть плотность тока накачки для структуры с набором квантовых ям, мы должны иметь:

(13.64)

подпись: (13.64)У Мп. КГТ

= я—- = шх

* *сй

(13.65)

подпись: (13.65)Подставляя в (13.63) величину приведенную в (13.64), получаем изменение оптического усиления в функции числа квантовых ям ТУ:

= АТ>01п

На рисунке (13.27) приведено сравнение кривых усиление—ток (С^), получен­ных для числа квантовых ям А^= 1, 2, 3 и 4. Видно, что порог прозрачности увели­чивается пропорционально N.

Со

 

*Аг,1

 

Рис. 13.27. Нормированное усиление для структуры с N квантовыми ямами в функции нормированной плотности тока (нормированной к плотности тока прозрач­ности лазеров с одиночной квантовой ямой). Плотность порогового тока возрастает пропорционально N.

 

Правила масштабирования для лазеров с набором квантовых ям

Плотность порогового тока получается, если предположить, что усиление (13.65) равно потерям (13.60), т. е.:

*' + 2ТІП*І

1

-ехр

М>.

Правила масштабирования для лазеров с набором квантовых ям

(13.66)

 

Здесь мы ввели квантовую эффективность т/. Это последнее выражение позволяет оп­тимизировать многие аспекты лазерных резонаторов с набором квантовых ям. Опти­мальное число квантовых ям может быть получено, если мы положим dJN/dN = 0, что приводит к:

= ІП*

+ 1 =■

Усиление одиночной квантовой ямы

Резонатори ые потери

1

1

1

1п -

А' + '2£ - «

Г>о

Правила масштабирования для лазеров с набором квантовых ям Правила масштабирования для лазеров с набором квантовых ям

(13.67)

 

Здесь Int — функция целого числа. Интерпретация этой последней формулы доста­точно прозрачна. Ток /threshold N есть произведение (13.66) на Lw (где w есть ширина структуры) и обладает минимумом в функции длины резонатора. Оптимальная длина получается из производной /threshold по L, что дает:

А* (13.68)

J___ , ____ 1_

2М>0 П Лт1Ят

Пример---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Рассмотрим лазер с набором квантовых ям и следующими характеристиками:

Параметры одиночной квантовой ямы: Г = 0,1; у0 = 100 см-1.

Параметры резонатора: ар = 10 см-1, Ят1 = 1, Ят2 = 0,32.

В предположении резонатора длиной 500 мкм мы получаем потери 21,4 см-1 и усиление на квантовую яму, равное 10 см-1. Оптимальное число квантовых ям Иор{ равно 3.

В случае резонатора с одиночной квантовой ямой его оптимальная длина равна 570 мкм.

Оптоэлектроника

Приобретаем- купить осциллограф, тепловизоры, источники питания

Тепловизионные камеры. Тепловизоры testo - полупроводниковые приборы, наделённые возможностью наблюдать тепловое либо световое излучение. Тепловизор flir на собственном мониторе изображает оранжевыми, красными и желтыми цветами объекты, источающие тепло, но прохладные …

Конкуренция мод: перекрестные модуляторы

В дополнении 11.Д мы видели, что вблизи порога полупроводниковый лазер может генерировать в многомодовом режиме несмотря на то. что усиливающая среда яв­ляется однородной. При достаточно сильном возбуждении настолько выше порога, …

Униполярные квантово-каскадные лазеры

Одной из характерных особенностей полупроводниковых лазерных диодов являет­ся то, что в прямо смещенном диоде принимают участие два типа носителей (элек­троны и дырки). Это делает традиционные лазерные диоды биполярными приборами. Существует …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов оборудования:

Внимание! На этом сайте большинство материалов - техническая литература в помощь предпринимателю. Так же большинство производственного оборудования сегодня не актуально. Уточнить можно по почте: Эл. почта: msd@msd.com.ua

+38 050 512 1194 Александр
- телефон для консультаций и заказов спец.оборудования, дробилок, уловителей, дражираторов, гереторных насосов и инженерных решений.