Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Карих Е.Д. -> "Оптоэлектроника" -> 29

Оптоэлектроника - Карих Е.Д.

Карих Е.Д. Оптоэлектроника — Мн.: БГУ, 2002. — 107 c.
Скачать (прямая ссылка): optoelektronika2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 23 24 25 26 27 28 < 29 > 30 31 32 33 34 35 .. 41 >> Следующая

R =
fn-
n0 л
Vn + n0 0
(5.1)
где n и «0 - показатели преломления полупроводника и окружающей
2
29
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
среды. При n = 3,5 и n0 = 1 величина R » 31 %. Длина резонатора ИЛ
очень мала (~ 300 мкм). Полезные потери при этом весьма велики. Тем не менее амплитудное условие генерации выполняется, так как коэффициент усиления в полупроводниках достигает 105 -106 м-1.
Важнейшими достоинствами ИЛ являются: возможность прямой широкополосной модуляции излучения путем модуляции тока накачки; высокий КПД; малые размеры, позволяющие интегрировать лазеры в монолитные интегральные схемы, низковольтное питание и др.
Вид ватт-амперной характеристики лазера показан на рис. 5.2. Минимальный ток, при котором выполняется амплитудное условие генерации, назвается пороговым током Ith.
Рис. 5.2. Зависимости мощности излучения от тока накачки:
1, 2, 3 - характер спектров в режимах спонтанного излучения (1), суперлюминесценции (2) и лазерной генерации (3)
Pm (т )
Рис. 5.3. Амплитудно-частотные характеристики светодиода (1), суперлюминесцентного излучателя (2) и инжекционного лазера (3)
0
т
т
т
т
Амплитудно-частотная характеристика лазера имеет резонансный характер (рис. 5.3). Эффективность модуляции падает на частотах т > тг, где тг - резонансная частота, зависящая от тока накачки. Если в квазистационарном режиме (ю << ю r) в спектре лазера присутствует только одна продольная мода (рис. 5.3, точка A), то при модуляции с высокими частотами (т < тr) излучение становится многомодовым (точка B). Расширение спектра при ВЧ-модуляции ухудшает условия передачи световых сигналов по оптическому волокну. Сохранение одномодового спектра в режиме модуляции обеспечивают РБО- и РОС-лазеры, которые называют динамически одномодовыми лазерами.
30
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
РБО- и РОС-лазеры. При интегрировании ИЛ в пассивный оптический волновод возникают трудности, связанные с ухудшением обратной связи от грани, приводимой в оптический контакт с волноводом. Согласно формуле (5.1), коэффициент отражения грани резко уменьшается из-за близости показателей преломления лазера и пассивного волновода, что приводит к увеличению потерь в резонаторе лазера.
Кардинальное решение проблемы состоит в переходе к лазерам с распределенными брегговскими отражателями (РБО) и лазерам с распределеннной обратной связью (РОС).
РБО-лазер состоит из активной области, в которую инжектируются электроны, и двух отрезков пассивного волновода, верхние поверхности которых гофрированы с периодом Л (рис. 5.4 и 5.5). Будем считать, что отражение на торцах структуры отсутствует. Условия распространения света в структуре определяются оптической толщиной волновода nd, где n - показатель преломления, а d - ее геометрическая толщина. Поэтому вариация d эквивалентна вариации показателя преломления n .
l
в
L
l
2'
1
2
Рис. 5.4. Схема РБО-лазера:
1 - активная область; 2 - распределенные брегговские отражатели
>'ЛЧ
---Г<-
E+ (0 )
e;(o )
лЛЛаа*-E+(Ib )~
E-(Ib )*-
Рис. 5.5. К расчету коэффициента отражения брегговской решетки
0
l
в
z
Зададим показатель преломления на гофрированном участке в виде:
n 2 (z ) = n 2 + Sn 2 (z),
^2nz^
Sn (z) = An cos
Л
(5.2)
(5.3)
Световое поле в волноводе представим как суперпозицию двух связанных волн, бегущих навстречу друг другу. Дифференциальные уравнения для комплексных амплитуд этих волн имеют следующий вид:
dE+ a 0
dz _ 2
dEС a 0
dz 2
в
в
E+ = iXEc
E+ = ixE, +
С •
(5.4)
(5.5)
31
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Здесь а0 - коэффициент оптических потерь в волноводе; k = 2п«/X;
кв = 2п/XB ; XB = 2Л/т - брегговская длина волны для отражения m-го
порядка на гофре; х = пАп/X - коэффициент связи между встречными
волнами; X - длина волны излучения в вакууме.
Связь между встречными волнами находится из решения уравнений
(5.4), (5.5) и граничного условия
Е-(1в ) = 0, (5.6)
где lB - длина гофрированного участка. Определим комплексный коэффициент отражения волны от гофрированного участка как отношение:
r = El(0) = \r\eiA,f , (5.7)
Ec+(0)
где Аф - изменение фазы волны при отражении. На основании системы
(5.4), (5.5), условия (5.6) и формулы (5.7) можно показать, что
r = - ^,hhln\ ¦ <5'8)
у + ? ¦th (YlB)
7 = 4X2 + ?2 , ? = у + i (к - kB) . (5.9)
Зависимости величин R = \r\ и Аф от длины волны показаны на рис. 5.6. Видно, что коэффициент отражения максимален на брегговской длине волны, где сдвиг фазы равен п/2 .
Предположим, что оба брегговских отражателя имеют идентичные параметры. Тогда условие генерации запишется следующим образом:
C 4 r 2 е -i (2Аф + 2kL ) + (rg -ai)L = l (5 10)
Здесь C - коэффициент связи полей на границе с активной областью; L -длина активной области; Г - коэффициент оптического ограничения; g и ai - коэффициенты усиления и потерь в активной области. Разделяя действительную и мнимую части (5.10), получаем амплитудное и фазовое условия генерации для РБО-лазера:
Предыдущая << 1 .. 23 24 25 26 27 28 < 29 > 30 31 32 33 34 35 .. 41 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed