Лекции по гетеропереходам / курс лекций физика и технология полупроводниковых наноструктур / 14_Мощные лазеры
.pdf
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
22-E590 |
|
CW T=20oC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
W=100µm, L=1340µm, |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
HR(99%) AR(5%) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
) |
|
Ith=226mA, 0.87W/A, ηd=72% |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Uo=1.238V, Rs=38mOhm |
|
|
|
|
|
|
|
|||
P (Вт |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мощность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
0 |
||||||||||
|
|
|
|
Ток накачки, I (А) |
|
|
|
|
|||
Пример ватт-амперной характеристики лазера с выходной мощностью, ограниченной разрушением выходного зеркала.
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 14, стр. 21
металл
диэлектрик
квантовая яма 
волновод
разрушенная область
Микрофотография лазера в конструкции гребешкового волновода с разрушенным выходным зеркалом
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 14, стр. 22
Обычно считается, что внутренней причиной подобного поведения является поглощение части излучения лазера в узкой области, прилегающей к выходному зеркалу лазера. Уменьшение ширины запрещенной зоны, вызванное увеличением температуры, приводит к еще более эффективному поглощению света и может приводить к стремительному росту температуры.
Вводится понятие плотности внутренней оптической мощности:
|
|
|
|
|
P |
|
|
1+ R |
|
|
|
||||
p = |
|
|
|
|
out |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wd |
|
||
1− R |
eff |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
R – коэффициент отражения зеркала, W – ширина полоска, deff – эффективная ширина моды в поперечном направлении (приблизительно равен толщине волновода)
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 14, стр. 23
Разрушение зеркала наступает, когда плотность лазерной мощности у выходной грани резонатора достигает порогового уровня, pCOMD.
Обнаружено, что внутренняя плотность мощности на пороге разрушения зеркала:
1.Зависит от материала активной области
2.Слабо зависит от материала волновода.
3.Зависит от процесса пассивации (диэлектрического покрытия) граней (может увеличиваться в несколько раз по сравнению со сколотыми гранями).
Наилучшими характеристиками на сегодняшний день обладают КЯ
InGaAs.
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 14, стр. 24
Плотность оптической мощности, приводящая к катастрофическому разрушению зеркал, для лазеров с пассивированными зеркалами
Материал активной |
Длина волны, |
pCOMD, |
области |
мкм |
MВт/см2 |
|
|
|
In0.2Ga0.8As |
0.98 |
18-19 |
|
|
|
InGaAsP |
0.81 |
~18 |
|
|
|
GaAs |
0.87 |
10-12 |
|
|
|
Al0.07Ga0.93As |
0.81 |
8-9 |
|
|
|
Al0.13Ga0.87As |
0.78 |
~5 |
|
|
|
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 14, стр. 25
Максимальная выходная мощность, ограниченная катастрофическим разрушением может быть выражена:
PCOMD =Wd |
1 |
− R |
p |
|
|
|
|
|
|
||
eff 1 |
|
COMD |
|||
out |
+ R |
||||
Выходная мощность, ограниченная катастрофическим разрушением зеркал, может быть увеличена с помощью
1.Увеличения порога разрушения (оптимальный выбор материала активной области, оптимизация технологии зеркал)
2.Уменьшения плотности мощности на выходной грани. Например, используя лазеры с широким поперечным волноводом. Однако, при этом уменьшается фактор оптического ограничения.
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 14, стр. 26