Высокояркостные полупроводниковые лазеры с гребневой геометрией резонатора

• Автор: Плисюк, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 104 с. : ил.

1 Гребневая конструкция волновода полупроводникового лазера

1.1 Волноводный эффект в горизонтальном направлении

1 2 Анализ точности МЭПП для моделирования гребневых оптических волноводов

1.3 Заключение

2 Автоматизация экспериментальных исследований излучательных характеристик гребневого лазера

2.1 Основные принципы автоматизации экспериментальных исследований

2 2 Методика измерений ватт-амперной и вольт-амперной характеристик, спектра излучения и степени поляризации ПЛ

2.3 Регистрация распределения интенсивности излучения гребневого лазера

2 4 Методика измерения флуктуаций интенсивности гребневого лазера

2.5 Заключение

3 Экспериментальные исследования излучательных характеристик мощных гребневых лазеров
3 1 Степень поляризации, спектр, распределение интенсивности и качество пучка излучения мощного гребневого лазера
3 2 Исследование низкочастотных шумов мощности излучения гребневых лазеров
3.3 Заключение
4 Оптимизация параметров гребневых лазеров для получения максимальной яркости излучения
4.1 Линейная модель

4.2 Влияние встроенного скачка показателя преломления на дискриминацию по
усилению различных поперечных мод в лазере с гребневым волноводом
4 3 Влияние ширины гребня на максимально возможную яркость выходного излучения
4 4 Выбор области оптимальных параметров гребня в рамках линейной модели
4 5 Заключение
5 Моделирование излучательных характеристик гребневого лазера: нелинейная модель
5.1 Основные уравнения модели
5 2 Численная реализация модели
5.3 Влияние ширины гребня и встроенного скачка показателя преломления на
режим поперечно-одномодовой генерации
5 4 Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными
5 5 Заключение
Выводы и заключение
Литература

Идея использования полупроводника в качестве активной среды лазера была сформулирована почти 50 лет назад Н.Г. Басовым, О.Н. Крохиным и Ю.М. Поповым [1,2] Современные лазеры на основе квантоворазмерных полупроводниковых гетероструктур являются примером наукоемкого и высокотехнологичного продукта, использующегося не только в исследовательских лабораториях, но также и в повседневной жизни. Объем их годового производства в финансовом измерении в 2005 году составил около 60% от объема всех производимых лазеров [3]. Это связано с высоким К.П Д гетеролазеров, более 50%, а в некоторых образцах удалось добиться 70 % [4], их малыми размерами и высокой надежностью, типичный срок службы превышает 105 часов Однако расширение возможностей устройств, в которых используются полупроводниковые лазеры, требует и усовершенствования параметров лазеров. Одним из таких параметров является яркость пучка излучения лазера.
Одно из основных применений полупроводниковых лазеров — это оптоволоконные системы, включая волоконные лазеры. В этих системах важным параметром является коэффициент введения излучения в волокно (процент мощности излучения, которая была введена в волокно), а он зависит от качества пучка излучения лазера, которое определяет, насколько расходимость пучка превышает дифракционный предел. Имея два лазера с одинаковой мощностью, но разной яркостью, мы получим в волокне разную введенную мощность излучения, и чем выше яркость, тем больше эта мощность. Еще одно применение, которое прочно вошло в повседневную жизнь, - это использование полупроводниковых лазеров в оптических устройствах хранения информации Повышение скорости записи в этих устройствах требует повышения мощности, фокусируемой в данное пятно, т е. опять же требуется повышение яркости источника излучения. Кроме этого, высокояркостные полупроводниковые лазеры находят свое применение для генерация оптических гармоник, в системах точного целенаведения, системах оптической локации, в космической связи, в исследованиях атмосферы, в медицине, и опять характеристики этих систем определяют-

Таблица 3.2 Структура гребневых лазеров с Л = 980 нм
А" слоя Толщина, мкм Состав Описание
1 0.5 ЄаАз:% п контактный
2 1.5 АІ0 456*00 55.As.Zn р-обкладочный
3 04 А/о З^Оо 7Ая волноводный
4 0 007 СаАэ барьерный
5 0 0053 1п о гСао вАб активный
6 0 01 СаАэ барьерный
7 0.0053 Іщ гСао 8 Аз активный
8 0.007 СяАь барьерный
9 04 А/озОоо 7 Ав волноводный
10 3 А/о 45^йо 55 Аз'БІ п-обкладочный
11 05 ЄаАз Бі
12 100 СаАвгБі п-подложка
вне гребня Лоо на уровне 0 1-0 2 мкм. Из этих структур изготавливались лазерные диоды с длинной резонатора Ь — 600 - 800 мкм и коэффициентами отражения зеркал, нанесенных на ірани диода, равными 10% и 95%. Длина волны излучения 980 нм.
Для характеризации этих образцов были проведены измерения распределения излучения в дальней зоне, спектра и ватт-амперной характеристики по методикам, описанным в главе 2. Типичные излучательные характеристики исследованных лазеров представлены на рисунке 3.10. Значения порогового тока находилось в диапазоне 20-35 мА Ширина по полувысоте распределения интенсивности излучения в вертикальной Ф() и горизонтальной плоскостях 1(ф) в дальней зоне составляла, соответственно, 34° и 9° Данные по распределению интенсивности в дальней зоне вдоль вертикального направлениями, рисунок 3.106) находятся в удовлетворительном (с точностью не хуже 1° для полуширины) согласии с результатами численного расчета волноводной структуры лазера для параметров слоев указанных в таблице 3.2 Из данных рисунка 3 10 можно видеть, что для исследованных образцов режим генерации на одной низшей поперечной моде сохранялся в диапазоне токов как правило, до 160 мА, с выходной мощностью свыше 60мВт Следствием поперечно-одномодового режима является линейность ватт-амперной характеристики, что можно видеть из рисунка 3.10а. Что касается спектрального состава оп-