Экспериментальные исследования конкуренции мод и нелинейных эффектов в InGaAs/GaAs/InGaP гетеролазерах с комбинированными квантовыми ямами и с резонаторами различного типа

• Автор: Некоркин, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. УПРАВЛЕНИЕ СПЕКТРОМ И ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА

С ВЫВОДОМ ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ПОДЛОЖКУ

1.1. Управление спектром гетеролазера с помощью волноводнорешточного зеркала

1.1.1. Полупроводниковый лазер ЬОаАзАЗаАзЛпОаР с выводом

излучения через подложку.

1.1.2. Волноводнорешточное зеркало.

1.1.3. Принцип действия компактного перестраиваемого гетерола

зера с внешним волноводнорешточным зеркалом

1.1.4. Экспериментальные результаты и обсуждение.

1.2. Управление диаграммой направленности гетеролазера с помощью

комбинации отражающего и просветляющего покрытий.
1.2.1. Особенности изготовления лазерных диодов
1.2.2. Нанесение отражающих и просветляющих покрытий.
1.2.3. Экспериментальные результаты и обсуждение.
1.3. Просветляющие покрытия лазерных диодов в системах с внешним резонатором
1.3.1. Расчт многослойных просветляющих покрытий
1.3.2. Методики измерения спектров отражения и топографических
исследований.
С 1.3.3. Подготовка и тестирование образцовспутников
1.3.4. Результаты атомносиловой микроскопии.
1.3.5. Результаты расчтов и измерений спектров отражения просветляющих покрытий на основе плнок НЮ2.
1.3.6. Испытание просветляющего покрытия на лазерной структуре
1.4. Выводы
ГЛАВА 2. ДВУХЧАСТОТНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В ЛАЗЕРНЫХ ДИОДАХ С СИММЕТРИЧНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ КВАНТОВЫХ ЯМ В ВОЛНОВОДЕ.
2.1. Двухполосная генерация в гетеролазере 1пСаАвОаАпОаР с четырьмя квантовыми ямами.
2.2. Наблюдение двухполосной генерации в гетеролазере с тремя квантовыми ямами.
2.3. Генерация нескольких поперечных мод и особенности диаграмм
направленности излучения в двухчастотном лазере
2.4. Управление интенсивностью линий генерации двухчастотного лазера током и температурой
ф 2.4.1. Постоянная накачка
2.4.2. Смешанная накачка импульсным и постоянным токами
ч 2.5. Выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХЧАСТОТНЫХ ГЕТЕРОЛАЗЕРОВ С АСИММЕТРИЧНЫМ
РАСПОЛОЖЕНИЕМ КВАНТОВЫХ ЯМ В ВОЛНОВОДЕ
3.1. Двухполосная генерация в гетеролазере ТпСаАэОаАзЛпСаР с двумя центрально расположенными коротковолновыми квантовыми ямами и одной смещнной от центра длинноволновой квантовой ямой
ф 3.1.1. Параметры гетероструктуры и изготовление лазерных диодов
3.1.2. Результаты спектральных измерений и особенности двухчастотной генерации.
3.1.3. Диаграммы направленности и интерпретация экспериментальных данных.
3.2. Наблюдение моды шепчущей галереи и е конкуренции с основной модой в двухчастотных четырхсколотых диодных лазерах
3.3. Гетеролазеры с туннельным переходом.
3.3.1. Особенности гетероструктуры и выбор рабочей моды лазерных диодов
3.3.2. Спектральные и вольтамперные данные и пути достижения
двухчастотной генерации
3.4. Выводы.
ГЛАВА 4. ГЕНЕРАЦИЯ ВТОРОЙ И СУММАРНОЙ
ГАРМОНИК В ГЕТЕРОЛАЗЕРАХ С КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ
4.1. Исследование особенностей излучения второй гармоники в полупроводниковых лазерах II.
4.2. Генерация вторых гармоник в двухчастотных лазерах.
4.3. Получение суммарной гармоники в полупроводниковых лазерах с составным резонатором.
4.3.1. Гетероструктуры и особенности изготовления лазеров с со
ф ставным резонатором
4.3.2. Экспериментальные результаты и их интерпретация
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. САМОСТАРТУЮЩИЕ I I ГЕТЕРОЛАЗЕРЫ НА ДИНАМИЧЕСКИХ РЕШТКАХ.
5.1. Лазеры на динамических решетках.
5.2. Принцип действия и изготовление самостартующего гетеролазера
5.3. Экспериментальные исследования спектров и диаграмм направленности и их обсуждение
ф 5.3.1. Лазерные диоды с ионной изоляцией вне самопересекающей
ся активной области.
5.3.2. Лазерные диоды с наклонными активными областями
5.3.3. Лазерные диоды с вытравленным верхним слоем I вне
самопересекающейся активной области.
5.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Особое внимание уделяется поведению спектральных и угловых характеристик излучения лазерных диодов в зависимости от величины и вида токовой накачки, а также от температуры задаваемой элементом Пельтье. В разделе 2. Энергии квантов в разных частотных полосах генерации отличались на величины от нескольких до мэВ. Установлено, что различное положение длинноволновых и коротковолновых квантовых ям в волноводе приводит к различию модового состава излучения благодаря разной эффективности возбуждения и конкуренции поперечных мод. В результате возможно формирование довольно разнообразных спектральноугловых характеристик лазерного излучения. Раздел 2. Спектральные исследования изготовленных лазеров показали, что одновременная генерация двух полос излучения наблюдалась примерно у исследованных изготовленных лазерных диодов. Соотношение интенсивностей коротковолнового и длинноволнового пика определялось током накачки, причм с увеличением тока накачки относительная величина интенсивности коротковолнового пика возрастала инжекционное управление спектральным составом генерируемого излучения. В разделе 2. С целью выяснения оптимальных условий двухполосной генерации указанных гетеролазеров, содержащих в волноводном слое три квантовые ямы, в разделе 2. Выявлена сильная температурная зависимость интенсивности линий излучения двухчастотных полупроводниковых лазеров с симметричным расположением квантовых ям двух типов. Установлено, что применение смешанного способа накачки, т. А и импульсным током до А при длительности импульсов 0 не, позволяет получать двухчастотную генерацию даже на лазерах, являющихся одночастотными только при постоянной или только при импульсной накачке. При этом, с учтом варьирования температуры, возникают широкие возможности управления интенсивностями линий генерации. В третьей главе изложены результаты экспериментального изучения особенностей работы некоторых из предложенных ранее схем двухчастотной генерации в диодных лазерах ЫСаАзОаАэЛпСаР с асимметричным расположением двух типов квантовых ям в волноводном слое. Особое внимание уделяется анализу пространственной и спектральной конкуренции и сосуществованию различных коротковолновых и длинноволновых мод лазера, включая моды шепчущей галереи в четырхсколотых образцах и асимметричные моды в лазерах с туннельным переходом. Данные исследования показывают возможность расширения диапазона токов накачки, обеспечивающих двухчастотную генерацию диодного лазера с различными квантовыми ямами, расположенными в одном и том же волноводном слое. Ранее экспериментально достигнутая ширина указанного диапазона токов накачки не превышала процентов от порогового тока генерации лазера. Раздел 3. Измерения показали, что диаграмма направленности коротковолнового излучения имеет обычный вид, а длинноволнового является очень размытой в плоскости ряперехода. Интерпретация наблюдаемых режимов работы исследованных лазеров в существенной мере основана на предположении о том, что длинноволновое излучение представляет собой моды типа шепчущей галереи, а коротковолновое обычные моды широкого 0 мкм волновода. Последнее имеет сильно неоднородную структуру в плоскости квантовых ям не столько благодаря большой ширине волновода, сколько вследствие филаментации тока накачки в достаточно узких каналах шириной мкм. Сказанное подтверждается экспериментальными исследованиями поля излучения на выходном торце лазера, проведенными с использованием сканирующей ближнепольной микроскопии, обеспечивающей спектральное разрешение коротко и длинноволновых мод. А именно, были проведены наблюдения такого типа замкнутой моды через окно в подложке, которые позволили оценить бриллюэновские углы составляющих е воли и указать соответствующие лучевые траектории в зависимости от геометрии лазерного чипа. С учтом анализа микрофотографий наклонные тмные полосы параллельны лучам, образующим моды шепчущей галереи и геометрии исследуемых чипов, найдены возможные лучевые траектории мод шепчущей галереи в плоскости иперехода. Боковые отражения длинноволнового поля, необходимые для формирования мод шепчущей галереи в указанной геометрии, можно связать с боковыми гранями иили границами волновода и токового полоска накачки лазера.