0. 6.1.3 Лазеры с двойной гетероструктурой

В простейшем ППЛ в основном из-за дифракции, происходит «растекание» фотонов из активного слоя в соседние с ним р и n области (рисунок 6.16).

Рисунок 6.16

Для удержания носителей зарядов в активном слое, по обе его стороны, на расстоянии меньшем, чем глубина диффузии носителей зарядов создаются дополнительные потенциальные барьеры, например из AlGaAs (рисунок 6.17).

Рисунок 6.17

При этом величина D (рисунок 6.16) уменьшается, число носителей в активном слое увеличивается, плотность тока накачки уменьшается, фотоны удерживаются в активной области. Можно рассматривать активный слой как волновод с размерами LxWxd (рисунок 6.17). Если по обе стороны волновода материал добавочных р-n переходов выбран так, что их показатели преломления n, меньше показателя преломления n активной области (рисунок 6.7), то оптические волны по такому волноводу распространяются также, как и по оптическому волноводу – благодаря явлению полного внутреннего отражения.

Кроме того, электрод ППЛ выполнен в виде узкой полоски. Это превращает активный слой в планарный волновод, на выходе которого имеет место мощное, однородное и остронаправленное излучение.

0. 6.1.4 Лазеры для одномодовых ов

В связи с появлением ВОСП, работающих по одномодовому ОВ, разработаны ППЛ, излучающие, практически, только одну моду. В таких ППЛ генерация возникает на одной длине волны, то есть имеет место селекция мод. Для этой цели разработаны лазеры, одна из поверхностей резонатора которых выполнена в виде дифракционной решетки, то есть эта поверхность является гофрированной. Существует два вида лазеров, содержащих гофр: с распределенной обратной связью (РОС-лазеры) и с распределенным брэгговским отражением (РБО-лазеры). В резонаторах этих ППЛ волны отражаются не от торцов, как РФП, а от штрихов ДР (рисунок 6.18).

Рисунок 6.18

Гофр расположен вблизи активного слоя, d – период ДР. Оптическое излучение из активного слоя подается на ДР под углом Θ. Для положительной обратной связи (ПОС) падающий и отраженные оптический лучи должны быть синфазны. Это будет иметь место при выполнении условия Вульфа-Брэга

(6.14)

где n_э – эффективный фазовый показатель преломления,

m=1, 2, 3, …

λ₀-длина волны излучения в вакууме.

При Θ= из 2.13 получим условие Брэгга

(6.15)

При m=1

Величину λ_Б называют длиной волны Брэгга. Анализ условия генерации показывает, что генерация возникает не на частоте Брэгга, а на частоте

, m=1, 2, 3, … (6.16)

Экспериментально установлено, что боковые и поперечные моды подавляются на 20 40 дБ по отношению к основной.

Лазер с распределенными брэговскими отражателями (зеркалами), (РБО-лазер) содержит пассивные области 1, 3 (рисунок 6.19), выполненными в виде световодов с гофрированными поверхностями и активную (накачиваемую) область 2.

Рисунок 6.19

Расположенные по обе стороны от активной области дифракционные решетки отражают лишь моды, удовлетворяющие условию Брэгга, поэтому такой лазер генерирует на частоте Брэгга. Расстояние между продольными модами здесь определяется длинами активной области L и распределенных отражателей L₁ и L₃, а так же потерями в пассивных областях. Варьируя длинами L₁ и L₃ можно добиться значительного подавления (более 40 дБ) неиспользуемых продольных мод.

Торец одной из пассивных областей выполняется с большим коэффициентом отражения, торец другой области имеет сравнительно низкую отражательную способность и лазер излучает со стороны только одного этого торца. РБО-лазеры используются для создания ВОСП со спектральным уплотнителем.