Инжекционные полупроводниковые лазеры со спектрально-селективными потерями и спектрально-зависимым фактором оптического ограничения

• Автор: Паюсов, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1.Обзор литературы

1.1 Спектры лазерной генерации и их зависимость от температуры

1.2 Стабилизация длины волны торцевых полупроводниковых лазеров

1.2.1 Лазеры с распределенной обратной связью

1.2.2 Лазеры с распределенный брэгговским отражателем

1.2.3 Лазеры с внешним резонатором

1.2.4 Лазеры на основе квантовых точек с улучшенной температурной стабильностью длины волны излучения

1.2.5 Вертикально-излучающие лазеры

Глава 2.0писание образцов и методик измерений

2.1 Подготовка образцов к исследованиям
2.2 Установка для измерения вольт-амперных и ватт-амперных характеристик полупроводниковых лазеров
2.3 Установка для исследования дальнего поля полупроводниковых лазеров
2.4 Установка для исследования спектров лазерной генерации
Глава 3.Лазеры с туннельно-связанными резонаторами
3.1 Лазеры на «вытекающей» моде
3.2 Температурная стабилизация длины волны в лазерах с туннельносвязанными волноводами
3.3 Экспериментальное исследование торцевых лазеров диапазона 980 нм с туннельно-связанными волноводами с подложкой в качестве второго волновода
3.4 Экспериментальное исследование торцевых лазеров диапазона 980 нм с туннельно-связанными волноводами с толстыми слоем в качестве второго волновода
Глава 4.Лазеры со спектрально-селективными потерями

4.1 Концепция лазеров со спектрально-селективными потерями
4.2 Экспериментальное исследование лазеров со спектрально-селективными потерями диапазона 980 нм
4.3 Экспериментальное исследование лазеров на квантовых точках со спектрально-селективными потерями диапазона 1300 нм
Заключение
Список цитированной литературы

Введение
Полупроводниковые лазеры, обладающие высокой температурной стабильностью параметров лазерной генерации, в частности, длины волны, необходимы для широкого набора применений. Среди них можно отметить системы накачки твердотельных лазеров и усилителей, где необходимо возбуждать активную среду с узкой линией поглощения [1]. Также полупроводниковые лазеры находят все более широкое применение в медицине. В медицинских применениях длина волны лазера очень важна, поскольку она должна соответствовать узким линиям поглощения живых тканей или вводимого маркера. Отклонение рабочей температуры лазера от заданной всего на несколько градусов может вызвать рассогласование длины волны излучения прибора и спектра поглощения среды, приводя к значительному падению эффективности твердотельного лазера с диодной накачкой или воздействия излучения на организм. Кроме того, стабилизация длины волны важна в системах передачи данных, в частности, в системах, имеющих спектральное уплотнение [2].
Недостаток традиционных торцевых лазеров заключается в том, что длина волны лазерной генерации не стабилизирована и смещается в сторону больших длин волн по мере увеличения температуры прибора. Это вызвано изменением ширины запрещенной зоны полупроводника с температурой. Чтобы обеспечить температурно-стабильную работу полупроводникового лазера по длине волны можно использовать различные подходы. Сегодня широко применяются внешние системы стабилизации температуры, которые входят в состав готовых устройств, усложняя конструкцию и снижая коэффициент полезного действия. Другим подходом является разработка конструкций лазеров, в которых длины волны стабилизирована по температуре, а ее изменение следует слабой температурной зависимости показателей преломления материалов, составляющих лазерную гетероструктуру. Это

1.2.5 Вертикально-излучающие лазеры
Вертикально-излучающие лазеры также обладают высокой температурной стабильностью длины волны. Длина волны таких лазеров определяется оптическими свойствами зеркал и резонатора. Резонатор вертикально излучающего лазера формируется двумя Брэгговскими зеркалами, состоящими из чередующихся слоев с различным показателем преломления толщиной в четверть длины волны (До/4). Между двумя зеркалами находится слой толщиной в одну длину волны (До) [41]. Такая конструкция имеет зону высокого отражения в спектре и моду Фабри-Перо на длине волны До, которая находится в ней (рисунок 15). Из-за малой длины резонатора спектральный интервал между модами Фабри-Перо очень большой (-100 нм), что приводит к тому, что только одна продольная мода попадает в зону высокого отражения Брэгговских зеркал [5].
На рисунке 15 [42] показано взаимное положение спектра отражения (тонкая линия) и спектра усиления (толстая линия) вертикально-излучающего лазера при различных температурах. Мода Фабри-Перо, которая соответствует провалу в спектре отражения, смещается при изменении температуры со скоростью 0.06 нмК'1, в то время как спектр усиления смещается со скоростью
0.27 нмК"'. При некоторой температуре То максимум усиления согласован с модой Фабри-Перо по длине волны, что приводит к наименьшему пороговому току лазера [23]. При отклонении температуры от Т0 модальное усиление падает, пороговый ток растет, однако лазер продолжает излучать на длине волны До, определяемой единственной продольной модой. На рисунке 16 приведена зависимость порогового тока и напряжения на пороге генерации от температуры для вертикально-излучающего лазера на основе квантовой ямы ОаАз/АЮаАэ [41]. Таким образом, для обеспечения наименьшего порогового тока вертикально-излучающего лазера при работе в заданном интервале температур необходимо учитывать эффект рассогласования.