2. КпДактивнойсредыиоптическогорезонатораГрл

Значениеη_{АСГРЛ определяет долю энергии}возбуждения, полученнуюактивнойсредойотэлектроновипревращаемуюАСвэнергиюкогерентных

квантов.ДляГРЛ,аналогично(6.2),можнозаписать:η_АС=qW_изл/W_воз,где

W_изл=hc/λ . Коэффициентq= 0,6...0,8 – аналог квантового выхода АСТТЛ,учитывающийвГРЛпотериэнергиивозбуждениязасчетспонтанныхибезызлучательных переходов с верхних лазерных уровней. КПД оптическогорезонатораГРЛсучетомпрактическинулевогопоглощениягазовыхАС

(χ_п= 0) определяется второй дробью в выражении (6.7). Для случая α₁, α₂, τ₁,τ_{2<< 1 приближенно}можносчитатьη_{ОР= τ2}/(α_{1+ α2+ τ1+ τ2}).

3. КпДинжекционныхполупроводниковыхлазеров

КПДИППЛрассчитываетсянаосновефизическихпроцессоввлазереиможет бытьпредставленвканоническом виде_0_{накАСОР}.

КПДнакачкизависитотуровняджоулевых(тепловых)потерьвкон-

тактах «металл–полупроводник» (_{кт= 0,02…0,05) и в неактивных частях}кристалла,проводящих ток(_кр=0,05…0,1).Тогда_нак_кт)_кр).

Вследствиечастичной«прозрачности»потенциальныхбарьеровна

границах гетероструктуры для электронов некоторая доля актов рекомбина-ции происходит за пределами активной зоны, что влияет на значение реком-бинационного КПД_рекРекомбинация электронов и дырок в ак-тивнойобластиможетбытьизлучательнойибезызлучательной.Впроцессе

излучательнойрекомбинациичастьквантовтеряетсяввидеспонтанногоиз-

лучения, уровень которого сильно зависит от температуры полупроводника.Эффективность процесса рекомбинации характеризуется квантовым выходомq= 0,7…0,8, определяемым отношением числа излученных индуцированныхквантов к числу актов рекомбинации в активной зоне. Часть квантов выходитза пределы оптического волновода, сформированного в активной зоне, и те-ряется там. Оставшаяся часть квантов участвует в усилении и может бытьохарактеризованафотонным КПД_ф

И, наконец, потери энергии возникают из-за превышения потенциаль-ного скачка в пределах гетероструктуры над шириной запрещенной зоныE,определяющей длину волны выходного излучения ИППЛ=hc/E. В про-стейшем случае гомоперехода энергетический КПД_эн=E/(F_e–F_p) бли-зок кединице,посколькуразница(F_e–F_p)–Eимеет порядок 2kT.У лазеров

со сложными гетероструктурами_эн= 0,7…0,8. С учетом перечисленных по-терь_АС=q_рек_ф_эн.

КПД оптического резонатора_{ОРопределяется отношением потока}квантов, выходящих через рабочее зеркало ИППЛ, к потоку квантов, цирку-лирующему в резонаторе, и может быть оценен по (6.7). При оценке потерьизлучения в оптическом резонаторе следует учитывать, что их основнымисоставляющимиявляютсясобственноепоглощение_АС=1–exp(–χ_пL),где

χ_п= 500…2500 м^–1, и дифракционные потери, обусловленные малыми разме-рами излучающей зоны. Из-за многообразия конструктивных решений ак-тивных сред и сложности процессов распространения излучения в ИППЛточный расчет дифракционных потерь крайне затруднителен. Их уровень со-ставляет в среднем 10...35 %, возрастая при уменьшенииdи увеличенииL. Сучетом фиксированности толщиныdактивного слоя большинства ИППЛ, ко-торая к близка к 1 мкм, и близости значенийразличных ИППЛ суммарныедифракционные потериможно оценить как_д=CL, гдеC– константа, воз-растающая при увеличении ширины излучающей зоныDиL;L– длина ак-тивной среды. Оптимальный коэффициент пропускания_optвыходного зер-кала ИППЛ зависит от его технической реализации. На излучающий торецактивной области кристалла ИППЛ могут наноситься интерференционныепокрытия:отражающие(маломощныелазеры)либопросветляющиедо70...80%(мощныелазеры).Еслифренелевскоеотражениенагранице«по-

лупроводник–воздух»обеспечиваетнужныйкоэффициентпропускания_{2торца, близкий к оптимальному значению, то покрытие может вообще не}наноситься.

Мощность накачки ИППЛ (Р_нак), потребляемая лазерным диодом, за-висит от порогового токаI_пор, падения напряжения на лазерном диодеU,уровня мощности излученияPи КПД лазера. Уровень требуемой мощностинакачкиоценивается какР_нак=UI=UI_пор+P/₀.

Пороговый ток, в свою очередь, определяется площадью контактнойплощадкиS=DLи плотностьюj_портока накачки, необходимой для выведе-ния лазера на порог генерации:I_пор=D L j_пор. Величинаj_порзависит от множе-ства факторов, включая температуру, материал, структуру и геометрию ак-тивной среды, и колеблется в пределах сотен–тысяч ампер на квадратныйсантиметр.

Падение напряжения на ИППЛ с учетом рассуждений о коэффициентахполезногодействиянакачкииактивнойсредыприближенноможетбыть

найденокакU=E/(_кт_кр_эн).ПоизвестнымР_накиUможноопределитьрабочийтокинжекционноголазераI.