Оптоэлектроника

Спектральное распределение

Рисунок 13.29 показывает спектральное распределение излучения лазерного диода при различных токах накачки. Ниже порога (рис. 13.29а) спектральное распределе­ние излучения следует за кривой усиления среды и модулируется разрешенными модами Фабри—Перо в резонаторе (смотрите рис. 4.9). Поскольку резонатор, ис­пользованный в рассматриваемом эксперименте, имел длину 300 мкм, а пиковая дли­на волны Л составляла 0,85 мкм, ожидаемый межмодовый интервал (АЛ = Л2/2 nju или 0,36 нм) находился в соответствии с экспериментом. На рис. 13.295 моды, которые испытывают усиление, превышающее пороговое условие, приводят к лазерной гене­рации. Поскольку механизмы внутризонного рассеяния чрезвычайно быстры (0,1 пс), в полупроводниках проявляется тенденция вести себя как однородная среда, что способствует одномодовой эмиссии. В то же время ряд конкурирующих механиз­мов (например, выжигание спектрального провала, выжигание пространственного провала (смотрите главу 4), шнурование) может вызвать многомодовое излучение.

Часто для обеспечения одномодового функционирования в приборную струк­туру встраиваются распределенные брэгговские зеркала. Такие приборы известны как лазеры с распределенной обратной связью (DFB) и они являются предметом до­полнения 13.А. Другой возможностью является уменьшение размеров резонатора таким образом, чтобы межмодовый интервал превысил ширину кривой усиления. С учетом типичной ширины усиления АЛ величиной 100 нм приходим к длине резонатора L = Л2/2порАЛ или 1 мкм. Такие короткие резонаторы могут быть сфор­мированы с использованием геометрии вдоль оси эпитаксиального роста. Прибо-

3

X

К

-О

К

О

О

X

Со

X

О

X

Ф

К

X

:£

1.5

Энергия (эВ)

Рис. 13.29. Спектр излучения лазерного диода на основе ОаА8/А10 о

И выше (б) лазерного порога. (С разрешения Е. ОоШатОТНАЬЕЗ)

Ры, изготовленные с использованием такой геометрии, называются поверхностно - излучающими лазерами с вертикальным резонатором (УС8ЕЬ) и они исследуются в дополнении 13.В.

Вспомним, наконец, что свет, излученный лазерным диодом ниже порога про­зрачности, является некогерентным (смотрите главу 4). Действительно, торцевые СИД являются лазерными диодами с уровнем усиления ниже порога лазерной генерации. В определенных случаях на грани кристаллов лазерных диодов специально наносят­ся антиотражающие покрытия с тем, чтобы подавить оптическую обратную связь и «удержать» приборы от лазерной генерации в условиях высокого уровня тока инжек - ции. Тем не менее, как только приборы возбуждаются за пределами порога прозрач­ности, стимулированное излучение начинает доминировать над спонтанной эмисси­ей. В этом режиме СИД излучают чрезвычайно яркую (хотя и некогерентную) элек­тролюминесценцию. Такие приборы называются суперлюминесцентными диодами.