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]

шинстве типов лазеров, кроме лазеров с очень узкой полоской, зависимость глубины модуляции от частоты имеет резонансный характер. Как видно из рис. 11.7, величина резонансной частоты меняется с изменением тока накачки, но остается в районе 0,2 ... 2,0 ГГц. Резонансный характер этой зависимости объясняется взаимодействием между избыточными носителями и оптическим излучением в резонаторе, т. е. имеется два резервуара, между которыми может происходить обмен энергией. Позже проведем аналогию с другими резонансными системами. В частности, можно провести сравнение с электрическим резонансным контуром, в котором происходит обмен энергией между катушкой индуктивности и конденсатором. Действительно, характеристики, приведенные на рис. 11.7, напоминают резонансную кривую параллельного колебательного контура (рис. 11.8).

Происхождение лазерного резонанса можно объяснить следующим образом. Увеличение тока с некоторой задержкой приводит к росту концентрации носителей. Повышенная концентрация в свою очередь вызывает возрастание рекомбинационного излучения, которое, опять с задержкой, увеличивает индуцированную рекомбинацию, что приводит к падению концентрации носителей. Наличие задержек приводит к тому, что это падение проходит через равновесное значение и поцесс становится колебательным. Собственная частота системы / о зависит от оптической постоянной времени Тф и постоянной времени рекомбинации Тдц. Однако взаимодействие нелинейнб, так что анализ усложняется, а резонансная частота оказывается зависящей, как это видно из рис. 11.7, от того, насколько ток накачки превышает пороговое значение /цор. Приведенные графики можно аппроксимировать теоретической зависимостью

Р (со)/Р (0) = ш/(ш -ю*) + /рю, где ш=2я/, ы1 = {1о

(11.2.5)

пор)/сп /пор -i

Р - /о/Тси /цор-

пае топа

Рис. 11.7

Рис. 11.8

о,г ОЛ и,б 0.8f, ГГц

Рис. 11.7. Типичная зависимость мощности модулированного оптического излучения от частоты модуляции.

Резонансное значение возрастает и сдвигается в высокочастотную область, так как растет превышение тока над порогом

Рис. 11.8. Параллельный резонансный коитур 300




Время, мс

Рис. 11.9. Типичный звон, наблюдающийся в импульсном лазере.

Временная задержка /з определяется временем нарастания концентрации носителей до лазерного порога и временем установления уровня оптической мощности. Поскольку систе ма облад?ет резонансными свойствами, появляется звон

Краткое объяснение этого выражения приведено в приложении 6, а более полное обсуждение - в гл. 17 (см. также [10.1] и [11.2]).

Оптическая постоянная времени Тф фактически представляет собой время жизни фотона в резонаторе, ее смысл можно объяснить следующим образом. Общие оптические потери на единицу длины резонатора выражаются формулой

I dP

Р dz

рас+"5 In (1 ?,;?.,),

(10.1.18)

где Орас - коэффициент рассеяния; / - длина резонатора; н - коэффициенты отражения на торцах резонатора. Можно использовать это соотношение, чтобы записать оптические потери за единицу времени

dP dt

. = - а =

ln{l/RiR).

(11.2.6)

Если типичное значение а = 2000 м"* (см. гл. 10), тогда при ц = 3,6 Тф = 6 НС. Поскольку Тдп = 10 НС (см. гл. 8), то при /о = 1,2 /„ор можно ожидать резонансную частоту = и)о/2л 0,3 ГГц.

Электрон-фотонный резонанс играет важную роль также и при включении лазера. Предположим, что ток включается мгновенно . Величина скачка может не доходить до порога или превышать его. В силу резонансного характера лазера такой скачок тока приводит к звону, как показано на рис. 11.9. Хотя максимальное значение тока оказыва-



ет некоторое воздействие на увеличение частоты звона и сужение спектра, значительно существеннее величина смещения. По мере возрастания тока смещения от нуля до порогового значения и далее временная задержка 4 уменьшается, звон усиливается, и средняя за время импульса ширина спектра сужается. Поэтому обычно работают при малых превышениях над порогом.

Можно из простых теоретических предпосылок выразить время задержки 3 через ток смещения /д, пороговый ток /„„р и время рекомбинации т, определяемое выражением (9.2.6). На практике измеряют для определения величины т. Предполагается, что ток возрастает достаточно быстро от /о до некоторой новой величины /, превышающей пороговое значение. Плотность электронного тока J = НА в активном слое двойной гетероструктуры приводит к увеличению концентрации электронов в соответствии с

dnldt = (J.ed) - (n/т), (И. 2.7)

где And - соответственно, площадь и толщина активного слоя, а кроме того, пренебрегается утечкой через второй гетеропереход и ды рочным током. Исходная равновесная концентрация электронов

п (0) =-- Jox/ed, (П.2.8)

концентрация на пороге.

п (4) = п

пор

пор

T/ed,

где Упор = /пор/- Решение уравнения (П.2.7) даст

nit)

J-iJ-Jo)exp(-t/x).

(11.2.9)

(11.2.10)

Подставляя (11.2.9) в (11.2.10), получаем

/пор = (У-Л) ехр ( -4/т).

т. е.

/о-=т1п

= т1п

/-/„

(11.2.11)

(11.2.12)

Ясно, что по мере того, как /- /„ор, можно ожидать /3- 0. При таком анализе предполагается, что т не зависит от электронной концентрации. При выполнении условия сильной инжекции (см. § 9.2) скорость рекомбинации пропорциональна п, и можно показать, что

4 = x(-iH2)[tanh-(-/)"-tanh-«(-f-)"]. (11.2.13)

Было обнаружено, что лазеры с волноводным усилением при ширине полоски менее 5 мкм не проявляют осцилляции генерации, показанных на рис. 11.9. Это говорит о более мягком режиме возбуждения. Такие приборы подобны суперлюминесцентным диодам. Резонансы сильно подавляются спонтанным излучением н характеристики становятся



[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]

0.0012