Спектральная характеристика СИД

Рисунок 4 – Спектральная характеристика СИД

l₀ – длина волны излучения, мкм;

Dl - ширина спектральной линии, нм.

3. Быстродействие СИД.

Показывает, на сколько быстро осуществляется преобразование электрического сигнала на входе СИД в оптический сигнал на выходе СИД. Импульс считается преобразованным, если его амплитуда достигла 0.9Рmax

Рисунок 5 – Быстродействие СИД

4. Время деградации СИД

- время, за которое мощность излучения при одном токе накачке уменьшиться ровно на половину. Время наработки для СИД – 10 тыс. часов.

ППЛ – ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР

Распределение e на 2-х уровнях ЗП.

Рассмотрим 2 произвольно взятых уровня ЗП, каждый из которых характеризуется своей концентрацией e (N_{1 ,} N₂) и своей энергией (Е1,Е2). В состоянии покоя, концентрация этих уровней связана ч/з соотношение Больцмана.

(1)

при изменении параметров окр. среды, (температура, давление, и т.д.), структура начинает изменяться.

Если поместить такой излучатель во внешнее поле, в ППЛ возникнут три процесса:

- поглощение;

- СТИ – стимулированное излучение;

- СПИ – спонтанное излучение.

Эти процессы описываются вероятностным соотношением:

r₁₂= r₂₁+l₂₁ (2): процессы поглощения преобладают над СТИ и СП

СПИ в ППЛ возникает при малых токах накачки.

При дальнейшем увеличении I_н процесс СПИ преобразуется в СТИ.

Из (2) более полное соотношение Энштейна:

(3);

поглощение СТИ СПИ

где:

- плотность энергии единицы объема вещества;

, - вероятности переходов электронов с уровня на уровень;

- вероятность появления СПИ.

(4)

N₂>N₁ => населенность верхнего уровня является инверсной по отношению к нижнему.

Из соотношения (5)

Видно, что для преобладания СТИ необходимо увеличить .

Для этого в ППЛ используется резонатор Фабри–Перо (РФП). Его конструкция представляет собой два расположенных параллельно друг другу полупрозрачных отшлифованных зеркала, между которыми располагается источник излучения (напр.СИД). Простейшая стр-ра лазера- легированные р и n области, между которыми находится очень тонкая (0.1-1 мкм) активная область, в которой с помощью источника питания создается инверсная населенность. (рисунок 6)

Рисунок 6 – Простейшая структура ППЛ

Чтобы в ППЛ возникло СТИ, необходимо, чтобы в РФП установился режим стоячей волны. В этом случае осуществляется накопление световой энергии на требуемой длине волны. L – длина РФБ. Она выбирается такой, чтобы на ней укладывалось целое число полуволн:

, где m=1,2,…

При малых токах накачки в активной области как и в СИД возникает спонтанное излучение. При этом активная область излучает спонтанные фотоны (СПФ) во все стороны и большая часть эту область покидает. Лишь единицы из них отразя­тся от зеркала РФП и пройдут строго в плоскости активной об­ласти к противоположному зеркалу. Сталкиваясь с электронами, они отдают им кванты энергии. Получив дополнительную энергию, некоторые электроны, находящиеся на энергетических уровнях в зоне проводимости, рекомбинируют с дырками вален­тной зоны. Вновь возникают фотоны, но в отличие от спонтанных, они являются стимулированными (СТФ), а излучение, которое они вызывают, называют вынужденным или стимулированным. При этом число СТФ растет лавинообразно, а поскольку число электронно-дырочных пар в единице объема, не меняется, стимулированное излучение начинает преобладать над спонтан­ным. При некотором пороговом токе накачки спонтанное излуче­ние окончательно подавляется. При этом мощность стимулирован­ного излучения резко возрастает. Этот режим называют режимом генерации лазера. На рисунке 2 показаны ватт-амперные харак­теристики лазера и отмечены области спонтанного[1] и стимулиро­ванного[2] излучений. Заметим, что величина порогового тока I_П зависит от температуры кристалла (кривые I, 2, 3 на рисунке 7).

Рисунок 7 – Ватт-амперные характеристики ППЛ

[3]- область насыщения, в которой дальнейшее увеличение I_н не вызывает увеличения Ри. Это объясняется ограниченной пропускной способностью активного слоя.

Спектральная характеристика ППЛ.

Характеристика ППЛ более высокодобротная, чем характеристика СИД. Это объясняется конструктивным исполнением самого лазера и чистотой выбранных материалов. Для ППЛ применяются 3-х компонентные соединения ( AlGaAs с соответствующей примесью).

Т.к. в ППЛ используется резонатор, то накопление световой энергии идет на длине волны λ₀ и на соседних длинах волн. При одномодовом режиме работы лазера, боковые составляющие подавляются, при многомодовом – используются в качестве несущих для соседних каналов (рисунок 8).

Рисунок 8 – Спектральная характеристика ППЛ

Диаграмма направленности ППЛ.

Диаграмма направленности ППЛ напоминает рупор. Угол расходимости для ППЛ- 60⁰-70⁰. (СИД-360⁰, СЛД-120⁰-180⁰)

Диаграмма направленности ППЛ самая узконаправленная за счет канализированности излучения внутри активного слоя. Растекание фотонов в соседние –р и –n области ограничивается.

Поиск по сайту: