Излучательные характеристики инжекционных лазеров со связанными вертикальными резонаторами (1102991), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Врезультате этого возможен рост концентрации носителей в активной области,в которую электрическая накачка не осуществляется (имеет место оптическаянакачка пассивного резонатора);•фотоны, рожденные в результате спонтанной рекомбинации в любомрезонаторе, могут попасть в любую продольную модуОбе части модели интегрируются в единое целое следующим образом. Накаждом шаге по времени производится нахождение распределений интенсивности,13длин волн и коэффициентов усиления мод устройства. С учетом этих величинрешаютсяскоростныеуравнения.Полученныеврезультатераспределенияконцентрации носителей в активных областях используются в оптической частимодели: от концентрации носителей зависит показатель преломления и коэффициентусиления активной области.
Таким образом представленная математическая модельописывает связь между физическими процессами в ЛСВР, имеющими электрическую иоптическую природу.Наряду с уравнениями модели рассмотрены численные методы их решения ивопросы быстродействия реализованной компьютерной программы. Приведеныпараметры ЛСВР, использованные в расчетах.Глава III посвящена исследованию структуры и методов селекции поперечныхмод ЛСВР. Проведена оптимизация параметров конструкции ЛСВР с целью созданиялазера, в котором максимально эффективно осуществляется подавление поперечныхмод высоких порядков.Порядокрасчетовбылследующим.Рассматривалисьдванаиболеетехнологически простых метода подавления поперечных мод за счет модификацииструктуры верхнего брэгговского зеркала: внедрение ионной имплантации и созданиерельефа на излучающей поверхности.
Для различных вариантов исполнения ЛСВРбыли рассчитаны коэффициенты усиления активных областей, которые являютсяпороговыми для возбуждения фундаментальной моды LP01 и первой моды высшегопорядка LP11. Один из ключевых результатов расчетов представлен на рис.3.14Рис.3 Рассчитанная зависимость разницы пороговых коэффициентов усиленияпоперечных мод LP01 и LP11 от глубины рельефа излучающей поверхности дляRrelief = 2.5 мкм и Roxide = 2.5 мкм.
Указано значение той же величины прииспользовании ионной изоляции с Rimplant = 2.5 мкм.Из представленных результатов расчетов следует, что рельеф излучающийповерхностипозволяетреализоватьменьшуюразницумеждупороговымикоэффициентами усиления поперечных мод, чем ионная имплантация. Следовательно,при неглубоком травлении рельеф поверхности обеспечивает менее эффективнуюселекцию поперечных мод. Выбор достаточно большой глубины травления позволяетприблизить эффективность селекции мод за счет рельефа поверхности к результатам,полученным с применением ионной изоляции. Однако для достижения сопоставимойэффективности мод необходимо полностью вытравить не менее 5-6 пар слоев верхнегозеркала, и полная глубина травления составит несколько сотен нанометров.Помимо глубины травления было исследовано влияние другого параметрарельефа поверхности и ионной изоляции – их поперечных размеров.
Оптимальноесоотношение поперечных размеров обсуждаемых конструкций и активных слоеводинаково, т.к. одинаков и сам принцип селекции. В области значений радиусовоксидных апертур до 20 мкм это соотношение с хорошей точностью составляет 1:2. Вобщем случае, зависимость оптимального радиуса ионной изоляции (или рельефаповерхности) от радиуса оксидной апертуры, определяющего размеры активнойобласти, нелинейна.15Глава IV посвящена использованию созданной математической модели дляисследования структуры продольных мод ЛСВР. Проведены расчеты модовойструктуры лазера в зависимости от двух его основных параметров – величины связимежду резонаторами и соотношения их оптических длин.
Получены распределенияинтенсивности продольных мод для различных вариантов конструкции лазера. Даныоценки предельных спектральных интервалов между продольными модами. Вчастности, на рис. 4 представлены рассчитанные спектральные интервалы междупродольными модами для различных конфигураций ЛСВР.Рис.4: Зависимость спектрального интервала ∆λ между модами от коэффициентапропускания Т среднего РБО и расстройки ∆L между резонаторами.Спектральный интервал между продольными модами может варьироваться впределах 0.08 – 60 нм в зависимости от коэффициента связи между резонаторами исоотношения их оптических длин. Указанные пределы определяются сверху - конечнойполосой отражения брэгговских зеркал, снизу - тепловыми эффектами в активной средеи точностью изготовления прибора.Решена задача определения пороговых токов продольных мод ЛСВР.
В отличиеот традиционных лазеров, в рассматриваемом случае необходимо исследовать неодиночные значения пороговых токов, а кривые, представляющие собой набор парзначений токов накачки. С использованием полной динамической модели ЛСВР был16рассчитан характер изменения спектральной структуры ЛСВР в зависимости от токовнакачки, а также проведено сравнение полученных результатов с опубликованными влитературе экспериментальными данными. Кривые пороговых токов для двухпродольных мод ЛСВР, как теоретические, так и экспериментальные, представлены нарис. 5.
Границы областей генерации ЛСВР были получены путем расчета переходныхпроцессов для соответствующих пар токов накачки. После этого были примененыметодыаппроксимациикривыхпороговыхтоковполиномамистепеней,обеспечивающих наименьшее отклонение от найденных пар пороговых токов.Рис.5: Кривые пороговых токов в ЛСВР 1. Символами λL и λS обозначены областигенерации продольных мод с большей и меньшей длинами волн соответственно.В расчетах, как и в экспериментах, наблюдалась одномодовая по поперечныммодам генерация мод LP01 в обоих резонаторах, что объясняется небольшим диаметромизолирующих апертур. Следовательно, спектр излучения лазера содержит две моды, исуществует возможность раздельного управления ими путем изменения токов накачкисвязанных резонаторов.Приведенный на рис.
5 график может быть использован для определениярабочих областей генерации ЛСВР. Так, двухчастотная генерация начинается вэксперименте при значениях токов накачки нижнего и верхнего резонаторов1Экспериментальные данные взяты из работы “Rate-Equation Model for Coupled-Cavity SurfaceEmitting Lasers”, Vlad Badilita, Jean-Francois Carlin, Marc Ilegems and Krassimir Panajotov, IEEE JOURNALOF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 40, NO. 12, DECEMBER 2004.17соответственно Ibot = 0.32мА, Itop=0.60мА, а в теории Ibot=0.42мА, Itop= 0.75мАсоответственно.
Эту точку можно назвать порогом двухчастотной генерацииисследуемого лазера, аналогичным порогу генерации традиционного лазера. Длявозбуждения одновременной генерации двух мод принципиально необходимонакачивать обе активные области, либо обеспечить режим оптической накачки второгорезонатора излучением первого.Вид графика на рис.5 является общим для ЛСВР различных конструкций, чтоподтверждается экспериментами, проведенными разными научными группами сразными устройствами.Также в данной главе рассмотрены основные особенности поведения ваттамперных характеристик ЛСВР, особенности вывода излучения из ЛСВР. Путемсравнения результатов расчетов с опубликованными экспериментальными даннымипроверена точность предложенной математической модели.В Заключении сформулированы основные выводы диссертационной работы:1.волновогоНа основе модернизированного метода эффективной частоты решенияуравнениядинамическаявпервыематематическаяпредложенамодельиреализованаинжекционноголазерасамосогласованнаясосвязаннымивертикальными резонаторами.
Модель учитывает динамическое изменение профилеймод в процессе генерации, диффузию и пространственное выжигание носителей вактивныхслоях,зависимостьпоказателяпреломленияактивнойобластиотконцентрации носителей. Модель реализована без упрощающих предположений обаксиальной симметрии исследуемых устройств.2.С использованием реализованной модели установлено, что в ЛСВРвозможно существование двух продольных мод, спектральный интервал междукоторыми может варьироваться в пределах 0.08 - 60 нм в зависимости от коэффициентасвязи между резонаторами и соотношения их оптических длин.
Указанные пределыопределяются сверху - конечной полосой отражения брэгговских зеркал, снизу тепловыми эффектами в активной среде и точностью изготовления прибора.3.Рассчитаны длины волн мод и распределения их интенсивности дляЛСВР, имеющих значения коэффициента пропускания (связи) между резонаторами в18пределах до 80%, расстройку оптических длин резонаторов до 15% и работающих вдиапазоне длины волны излучения 1 мкм.4.Найденыобластисуществованияодночастотнойидвухчастотнойгенерации, согласующиеся с экспериментальными данным. Показано, что возможенсрыв генерации одной из мод при увеличении тока накачки резонатора, в которомлокализована другая мода.5.Показано, что ионная имплантация является более эффективнойтехнологией подавления поперечных мод, чем создание рельефа на излучающейповерхности ЛСВР.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
