Теория поглощения и испускания света в полупроводниках - Грибковский В.П.
Скачать (прямая ссылка):
В работе [692] предложена конструкция инжекционного лазера с поверхностью р—я-перехода, близкой к цилиндрической поверхности, образующая которой перпендикулярна зеркалам резонатора, а направляющая напоминает синусоиду (рис. 124). Непланарный р—я-переход был получен путем диффузии Zn в пластину GaAs, легированную Те, полированная сторона которой имела форму цилиндрической поверхности. Радиус кривизны в каждой точке направляющей выбирался таким, чтобы подавить усиленную люминесценцию и генерацию [693] в боковом направлении. Форма образующей кривой может быть произвольной, за исключением гладких замкнутых прямых типа эллипса в окружности. Мощный лазер в виде кругового цилиндра сделать нельзя, поскольку
380
Рис. 124. Схема диода с непланарным р—п-переходом
при большом радиусе не будет подавлен волноводный эффект, а при малом радиусе цилиндра будет мала площадь р—я-перехода. Лазеры с непланарным р—я-переходом открывают перспективный путь получения луча большой мощности. Опыты показывают, что порог генерации таких лазеров практически не зависит от ширины диода.
§ 24. ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАЦИИ
Динамические режимы работы лазеров. По временным характеристикам работа любого лазера может быть отнесена к одному из четырех видов: непрерывная генерация, импульсная свободная генерация, генерация коротких (наносекунд-ных) импульсов излучения в режиме модулированной добротности и генерация сверхкоротких (пикосекундных) импульсов в режиме синхронизации мод.
Из всех типов оптических квантовых генераторов только на газовых лазерах была получена непрерывная генерация сразу же в момент их создания. Генерация всех других лазеров получалась вначале только в импульсном режиме. Твердотельные лазеры средней мощности без принудительного охлаждения работают в режиме одиночных импульсов. При оптической накачке большая часть энергии возбуждающего света превращается в тепло. Температура рабочего стержня повышается, он становится оптически неоднородным, а порог генерации резко растет. Поэтому после каждой вспышки лазер необходимо охлаждать в течение нескольких минут, чтобы вернуть его в рабочее состояние. Водяное охлаждение стержня позволило создать частотные лазеры, дающие десятки или сотни импульсов в секунду. Маломощные твердотельные лазеры с низким порогом генерации и малым объемом активного вещества работают в непрерывном режиме *\
Непрерывная генерация инжекционных гомолазеров была получена вначале при температуре жидкого гелия и только спустя несколько лет при температуре жидкого азота. Ком-
*) Литературу по всем вопросам квантовой электроники легко найти с помощью [694] и ежегодных библиографических указателей [695], где отражено более 33000 работ с 1958 по 1973 г.
381
натные температуры оказались для них непреодолимым барьером. Ни уменьшение ширины активного слоя, ни всевозможные улучшения теплоотвода и качества диодов не дали желаемого результата. При комнатной и более высоких температурах лазеры на р—я-переходах работают только в импульсном режиме. И только с созданием инжекционных лазеров на гетеропереходах (§ 20) этот барьер был преодолен.
Непрерывная генерация может быть стационарной и нестационарной. Опыты показывают, что стационарно генерирует, как правило, одна мода. В этом случае интенсивность лазерного луча и его частота практически постоянны во времени и лишь незначительно колеблются около своих средних значений.
Если одновременно генерирует несколько мод, то в результате конкуренции между ними характеристики лазерного луча становятся нестационарными. Скоростная временная развертка показывает, что излучение состоит из коротких, чаще всего хаотических импульсов, каждый из которых имеет еще более тонкую временную структуру. Мгновенный спектр излучения изменяется во времени и отличается от спектра, усредненного за большой промежуток времени. Поэтому и для описания непрерывной генерации необходимо привлекать такие временные характеристики, как ширина пичков, средняя частота их повторения, амплитудная и частотная автомодуляция. Набор таких параметров увеличивается при описании генерации, модулированной внешними силами.
При импульсном возбуждении генерации весь интервал времени от начала подачи возбуждающего импульса ^ = 0 до конца генерации можно разбить на четыре участка. На первом участке, называемом временем задержки, активное вещество возбуждается, а генерация отсутствует. Второй участок — это переходный период. Уровень инверсной населенности вещества и интенсивность генерации релаксируют и выходят на режим непрерывной генерации. После этого и до конца импульса накачки генерация характеризуется такими же параметрами, как в непрерывном режиме работы лазера. Это третий период, которого не будет, если длительность импульса возбуждения AtB меньше переходного периода. В четвертом периоде мощность генерации без накачки релаксирует к нулю.
Как только появились оптические квантовые генераторы, сразу же наметились две противоположные тенденции в работах, направленных на изменение временных характеристик лазерного излучения. Одна тенденция связана со стремлением получить либо непрерывную генерацию, либо как можно больше увеличить частоту повторения импульсов излучения.
