Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [ 100 ] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

ехр (- zJkT). В результате исследования срока службы светодиодов установлено, что энергия airt-HsauHH для приборов на основе GaAlAs GaAs лежит около 0,6 эВ. Для лазеров в результате аналогичных измерений получены величины 0,5 ... 1 эВ, но эти измерения проведены в ограниченном диапазоне температур. Тот факт, что в длинноволновых источниках при безызлучательной рекомбинации высвобождается меньшая энергия, может означать, что для создания дефектов требуется более высокая энергия активации. Это подтверждается измерениями срока службы светодиодов на InGaAsP/InP, для которых е„ = 1,0 эВ.

Эти результаты почти не зависят от точности определения срока службы лазера. Это может быть относительное увеличение /дор при комнатной температуре или уменьшение спонтанного излучения при постоянном уровне накачки. Так, например, уменьшение на 50 % спонтанного излучения при токе ниже порогового соответствует увеличению порога примерно на 20 %. Со временем будет достигнуто такое качество приборов, что они смогут работать в лазерном режиме при любом токе накачки. Типичные графики, иллюстрирующие распределение срока службы полупроводниковых приборов,показаны на рис. 11.12.

-Снитение втхадпой мощности, на Здвпри неизменном тоне


I i i I I . I

; j.

20 30 4(7 50 SO 70 80 Процент отказов, %

Рис. 11.12. Распределение срока службы лазеров

[М. Ettenbery, А statistic al study of the reliability of oxide-defined stripe CW lasers of (AlGa)As.-J Appl. Phys. 50, 1195.-1202 (1979).]

Эти данные получены ва GaAlAs лазерах с полоской шириной 12 мкм в непрерывном режиме работы прн 70 "С. Верхняя кривая соответствует времени, после которого выходная мощность Падает ниже 1,25 мВт. Нижняя кривая указывает вреия при котором выходнан мощность снижается вдвое от исходной величины при неизменном токе. Средние значенин срока службы соответственно 4200 и 2000 ч прн логарифмически нормальном отклонении -1,3 и 1,45. Правая вертикальная шкала соответствует ожидаемым срокам службы при комнатной температуре, если /ср- ехр (0.95 е/*Г). Предполагается энергия активации 0.96 зВ.



Изготовитель приборов должен стремиться не только увеличить средний срок службы tf.p но, кроме того, по возможности снизить отклонение от среднего значения а. Постоянное повышение качества материалов и контроль технологии выращивания приводит к улучшению обоих параметров. В частности, обнаружена целесообразность введения небольшого количества (около 8%) А1 в активный слой GaAs лазеров. Окончательно не установлено, связано ли это с уменьшением напряжений в гетеропереходе или с тем, что высокореактивный А1 действует как геттер и помогает устранить примеси из объема полупроводника. На основании результатов, подобных показанным на рис. 11. 12, предсказывается среднее время жизни выше 10* ч при комнатной температуре. Читатель должен принимать во внимание необходимость осторожного отношения к таким оценкам, пока они не получат подтверждения.

ЗАДАЧИ

11.1. Вычислить межмодовое расстояние для полупроводникового лазера с длиной активного слоя 0,2 мм прн показателе преломления 4,0.

11.2. Рассмотреть характеристики резонатора в форме прямоугольной коробки с размерами / = 150 мкм, w = 20 мкм, d = 1,0 мкм. Показатель ггрелом-лення материала ц -- 4. Лазер работает на длине волны 1,3 мкм. Стенки резонатора предполагаются идеально отражающими, так что резонансные моды удовлетворяют условию

где i. j и k - целые числа.

а) Вычислить примерное число продольных мод.

б) Вычислить межмодовое расстояние, считая i= 1, /= I.

в) С учетом полученного результата вычислить расстояние между боковыми модами первого н второго порядка.

г) Вычислить расстояние между боковыми модами первого н второго порядка при 01 =- 10 мкм. (Заметим, что боковые моды более высоких порядков обычно не возбуждаются в лазерах, имеющих ширину полоски менее 15 мкм.) Более строгий анализ модовой структуры полупроводниковых лазеров приводится, например, в гл. 5 книги [10.11.

11.3. Оценить длину когерентности излучения каждого из лазеров, спектральные характеристики которых приведены на рнс. 11.5. Сравнить полученный результат с длиной когерентности излучения светодиодов, спектры которых приведены на рнс. 8.5. Ширину спектра измерять иа полувысоте, а для Ак на рис. II.5, б принять значение 0.1 нм.

11.4. Вывести формулу (11.2.13).

11.5. Для лазера нз задачи 10.2 рассчитать влияние коэффициента отражения граней на время жнзнн фотона. С учетом полученного результата:

а) вычислить резонансную частоту модуляции fg и отношение Р (/о) /Р (0) для двух случаев, когда превышение над порогом составляет I н 10 %. Предполагается ц = 4,0 и эффективное время жнзнн носителей 20 не;

б) вычислить временную задержку /3 для скачков тока от нуля до 1 и 10% превышения над порогом;

в) вычислить временную задержку /3 для скачков тока от 0,9/„„р до 1 н 10 % превышения над порогом.



РЕЗЮМЕ

Пороговый ток лазера может быть сведен к минимальному значению, если использовать узкие контактные полоски. При этом обеспечивается волноводное усиление лазерного излучения и улучшается стабильность боковых мод. Зарощенные гетероструктуры обеспечивают получение того же результата. Такие лазеры имеют линейную характеристику выше порога, но ограниченную выходную мощность - несколько милливатт. Примеры показаны на рис. П.2.

Расстояние между продольными модами А/ = с/2 fip /, Ак = = к!2 Цср1. Зарощенная гетероструктура обеспечивает при коротком разонаторе возможность генерации на одной продольной моде при ширине спектра несколько мегагерц.

Звон при импульсном возбуждении лазера связан с избирательностью частотной характеристики, причем резонансная частота лежит в области 0,2 ... 2 ГГц. Исключением являются узкополосковые лазеры с волноводным усилением, которые имеют мягкий порог и высокую долю спонтанного излучения в выходной мощности.

Обычно в импульсном режиме работы поддерживают лазер вблизи порога. При этом сводится к минимуму звон, минимизируется емкостной ток и уменьшается задержка

= т In 1(/-/„)/(/-/„„р)].

Лазеры, работающие в диапазоне 1,0 ... 1,6 мкм, могут быть изготовлены из InGaAsP/1пР. Пороговый ток таких лазеров сильно зависит от температуры (То - 50 ... 70 К), но в других отношениях они не хуже GaAlAs/GaAs источников.

Установлены некоторые механизмы катастрофической и постепенной деградации. При плотности выходной мощности свыше 10 кВт/мм* происходит разрушение выходных граней. Дефекты темных линий могут быть исключены, если не допускать дефектов или механических напряжений в лазерном образце. Механизм постепенной деградации в лазерах так же, как и в светодиодах, связан с уменьшением времени безызлучательной рекомбинации Tg. Безызлучательная рекомбинация может приводить к появлению точечных дефектов. Срок службы связан с энергией активации е„, которая возрастает при переходе к длинноволновому излучению и /р ~ ехр (- nJkT).

12. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ р-(-п-ФОТОДИОДНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

12.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В гл. 12 и 13 рассмотрим процессы, лежащие в основе работы двух типов детекторов. Применяемых в оптических волоконных системах связи - р-«-п-фото-днодов и лавинных диодов. Особое внимание будет уделено причинам ограннче-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [ 100 ] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0011