Основные параметры и характеристики инжекционных лазеров

1. Наряду с пороговой плотностью тока важным параметром полупроводниковых лазеров является его ватт-амперная характеристика.

Инжекционный лазер является пороговым прибором. Как видно из рис. если увеличивать ток через прибор, то при превышении некоторого I_пор возникает режим генерации излучения и происходит резкое увеличение оптической мощности. Вид зависимости P=f(I) определяется конструкцией лазеров. Следует отметить, что величина I_пор растет с увеличением температуры. Из характеристики видно, что путем изменения тока через полупроводниковый лазер можно изменять оптическую мощность на выходе лазера, т.е. очень простыми средствами осуществлять модуляцию мощности излучения. Этот способ называют прямой модуляцией. Так как переходные процессы в малом объеме лазерного излучателя протекают быстро (t=10^–11c), то модуляция может быть сверхвысокочастотной (10⁹…10¹⁰ Гц).

Одним из факторов, ограничивающих мощность излучения, является критическая плотность оптического излучения, при которой начинается разрушение зеркал резонатора. Для увеличения мощности инжекционных лазеров используют лазерные излучающие решетки, состоящие из множества последовательно-параллельно включенных лазерных диодов. Мощность излучения полупроводниковых лазеров лежит в пределах от единиц милливатт (единичные лазерные диоды) до сотен ватт (лазерные решетки).

2. Спектральная характеристика имеет вид, показанный на рис. При превышении пороговых токов происходит резкое сужение спектральной характеристики.

Так как излучательная рекомбинация в инжекционных лазерах происходит между зонами энергетических уровней, то спектр излучения будет квазимонохроматичным. У инжекционных лазеров ширина спектра , а коэффициент монохроматичности . Возможность генерации излучения с требуемой длиной волны достигается выбором или синтезом прямозонных полупроводников. Экспериментальная лазерная генерация наблюдается более чем в трех десятках полупроводниковых материалов с перекрытием l_изл от 0,2 до 32 мкм.

Следует отметить, что с ростом температуры длина волны излучения лазеров периодически перескакивает в направлении более длинных волн. Это происходит в результате изменения показателя преломления материала лазера, а также с уменьшением ширины запрещенной зоны. Усредненное изменение Dl=0,3нм/⁰С.

3. Диаграмма направленности излучения лазера имеет вид, показанный на рис. а. Так как длина резонатора инжекционного лазера мала, то углы расходимости большие. Угол расходимости лазерного пучка в направлении перпендикулярном поверхности перехода – Q_^ =30^о…60^о, а угол расходимости в направлении, параллельном поверхности перехода – Q_// =10^о…30^о(рис. 3.8б). Это связано с тем, что ширина полоски, равная 2…20 мкм много больше толщины d активного слоя, равной 0,1…0,2 мкм.