2.4.4. Конструкция и параметры инжекционных лазеров
Инверсную населенность в инжекционном лазере с p – n переходом легче получить, если одна из областей диода вырождена, т.е. содержит большую концентрацию примеси. При прямом смещении p – n перехода ток через него состоит из электронной и дырочной составляющих. Чем больше величина тока через p – n переход, тем лучше выполняется условие инверсной населенности. Наименьший ток, при котором преобладает вынужденная рекомбинация, называется пороговым током.
Если ток через p – n переход превышает пороговый, то p – n переход становится лазерной активной средой, способной усиливать свет, распространяющийся в плоскости p – n перехода. Чтобы такой лазерный усилитель превратить в генератор излучения необходимо ввести положительную обратную связь (ПОС). Таким звеном ПОС в лазере служит оптический резонатор, простейший из которых состоит из двух зеркал, обеспечивающих многократное прохождение волны излучения через активную среду. Для вывода излучения из полупроводника зеркала делают прозрачными. Обычно две противоположные грани монокристалла полупроводника делают строго параллельными и тщательно отполированными (рис. 10а). Необходимый коэффициент отражения от торцов можно получить без их металлизации, поскольку большой коэффициент преломления полупроводников обеспечивает отражение до 35% квантов света. После многократного отражения от полированных торцов и многократного прохождения вдоль p – n перехода свет выходит из полупроводника (рис.10б).
Рис.10: 1-активная среда с инверсной населенностью; 2 – отражающие поверхности полупроводника.
Кванты света, направленные строго перпендикулярно торцам кристалла, могут многократно пройти через активную область и создать большую лавину квантов света. Две другие грани полупроводника делают скошенными под некоторым углом, чтобы исключить появление генерации света между ними. Все кванты света, которые начинают движение не перпендикулярно к торцам p – n перехода выходят из лазерной активной области и не участвуют в создании вынужденной рекомбинации.
Материалом для инжекционных лазеров служат арсенид галлия, твердые растворы арсенид – фосфид галлия GaAs1-xPx, арсенид индия, фосфид индия и другие полупроводники. Наибольшее распространение получил арсенид галлия.
Параметры лазера делятся на пространственно – временные и энергетические. В группе пространственно – временных выделяют следующие параметры:
частота лазерного излучения – средняя частота (или длина волны) спектра лазерного излучения;
ширина линии лазерного излучения - расстояние между точками контура спектральной линии лазерного излучения, соответствующими половине интенсивности линии в максимуме;
расходимость лазерного излучения р – плоский или телесный угол, определяющий угловое распределение энергии или мощности лазерного излучения;
время готовности лазера tгот – время, необходимое для достижения лазером эксплуатационных (номинальных) параметров с момента его включения.
К энергетическим параметрам лазера относятся энергия и мощность лазерного излучения. Энергия определяет энергетические возможности лазера. Мощность характеризует интенсивность излучения энергии лазером, концентрацию энергии во времени.
Еще один энергетический параметр – это порог генерирования лазера, или пороговая плотность тока, существенно зависящая от температуры лазера.