Теория поглощения и испускания света в полупроводниках - Грибковский В.П.
Скачать (прямая ссылка):
М,
(24.26)
391
0 201, мксек
Рис. 128. Амплитудная автомодуляция световых импульсов инжекционного лазера с выносным зеркалом (/=35 см) при токах, превышающих порог иа 8% (а), 10 (б), 15 (в), 20% [697]
Мгновенный спектр генерации непрерывно изменяется и отличается от спектра усредненного по времени (рис. 129, б). Центр тяжести мгновенного спектра (наиболее интенсивная мода) совершает нерегулярные колебания вдоль оси длин волн.
Для получения регулярных колебаний интенсивности модулируется, в частности, инжекционный ток. Если частота колебаний переменной составляющей тока не сильно отличается от средней частоты пульсаций свободной генерации, то удается полностью и весьма эффективно синхронизировать пички излучения. Синхронизация пичков носит резонансный характер и наблюдалась в диапазоне частот от 0,4 до
1, 75 Ггц [716, 720].
Рис. 129. Схема появления отдельных типов колебаний в пичках излучения инжекционного лазера с одним гетеропереходом в системе GaAs—AlAs (а) и усредненный по времени спектр генерации (б) прн ///п= 1,06. Темные кружки — наиболее интенсивные моды [718]
392
Наряду с автомодуляцией интенсивности излучения происходит и автомодуляция длины волны каждой моды в отдельности, что указывает на изменение оптической длины резонатора п/ [714]. Частотная автомодуляция также может быть синхронизирована током инжекции [721] и в конечном итоге приводит к увеличению ширины спектральной линии генерации.
Амплитудная и частотная автомодуляция лазерного излучения при постоянном во времени возбуждении свидетельствует о том, что либо энергетическое, либо интерференционное условие генерации, либо оба условия одновременно изменяются во времени. Иными словами, коэффициент потерь, коэффициент усиления и оптическая длина резонатора являются функциями плотности генерируемого излучения в резонаторе (со, t), а через нее и функциями времени:
КП И = Fx [иг (со, *)], к (со) = F2 [/, ut (со, 0],
(24.27)
n(co)Z = F3[ur(c0ji)].
Каковы бы ни были физические причины, условий (24.27), если хотя бы одно из них использовать в теории, то для определенного соотиошеия параметров получается нестационарный режим генерации.
Пусть, .например, в оптический резонатор помещен про-стветляющийся фильтр (§ 17). До начала генерации его коэффициент поглощения на частоте сог достаточно большой, что обеспечивает большое значение порога. С появлением генерации фильтр просветляется, а мощность генерации резко возрастает. Это приводит к понижению уровня инверсной населенности за счет вынужденных переходов. Мощность генерации падает, а фильтр затемняется. Порог вновь возрастает, что дополнительно снижает мощность генерации. Когда иг(со) минимально, наиболее быстро возрастает уровень инверсной населенности и создаются предпосылки для генерации нового импульса излучения. Так устанавливается автоколебательный режим генерации.
В лазерах с пространственно неоднородным возбуждением, в частности в лазерных диодах [722—726], роль просветляющегося фильтра играют менее возбужденные участки активной среды.
Так как для создания необходимого значения коэффициента усиления всегда требуется некоторое конечное время и величины скоростей спонтанных и стимулированных переходов тоже конечны, то и уменьшение, и увеличение коэффициента потерь с ростом иг(со) может привести к пичковому режиму генерации.
393
3 работах [727, 728] развита теория нестационарной генерации в предположении, что показатель преломления кристалла нелинейно зависит от интенсивности света. Поэтому появление генерируемого излучения в активном слое диода уменьшает величину скачка диэлектрической проницаемости на границах активного, слоя и пассивных областей. Волноводные свойства активного слоя ухудшаются, генерируемая волна глубже проникает в пассивные области и больше поглощается. Короче говоря, коэффициент внутренних оптических потерь р, входящий как слагаемое в коэффициент потерь, возрастает с увеличением плотности генерируемого излучения. Этого предположения достаточно, чтобы получить режим незатухающих автоколебаний.
Причины нестационарности коэффициента усиления такие же, как и причины многомодового режима генерации (§ 23). Важнейшая из них — это несовпадение пространственной локализации различных типов колебаний в активной среде. С другой стороны, нестационарный режим генерации создает благоприятные предпосылки для многомодовой генерации [714, 729]. Если изменения оптической длины резонатора меньше Яг/2, то возможна стационарная одномодовая генерация, сопровождающаяся частотной модуляцией излучения [714].
Генерация наносекундных импульсов излучения в режиме модулированной добротности. Для модуляции добротности в твердотельных лазерах применяются вращающиеся зеркала и призмы, играющие роль глухих зеркал резонаторов, электро-оптические затворы, пьезооптические диафрагмы и просветляющиеся фильтры [730]. Такие фильтры называются обычно пассивными затворами, так как их открывает само генерируемое излучение. Путем модуляции добротности получают один мощный моноимпульс или серию импульсов, длительность которых в зависимости от параметров резонатора, активной среды, модулирующего элемента и интенсивности накачки варьируется от единиц до десятков и сотен наносекунд.
