Билет 4

2. Резонаторы:

Широкое распространение получили гетеролазеры с полосковым контактом, в которых активная среда создается в виде отдельной нити диаметром до 1 мкм, что обеспечивает стабильную одномодовую генерацию при весьма низком пороге, порядка миллиампера. В простейшем случае для получения полоскового лазера на выращенную гетероструктуру наносится слой изолирующего материала, например диоксида кремния SiO₂. В этом слое протравливается полоска и наносится омический контакт. Второй контакт остается широким, поэтому происходит некоторое растекание тока за пределы активной области, расположенной под полосковым контактом.

Вместо изолирующего материала используются также запорные свойства p - n-переходов при подаче на них напряжения в обратном направлении (плюс около n-типа). В этом случае поводится диффузия акцепторной примеси, в частности цинка, через маску в n-слой для получения полоски полупроводника р-типа и ликвидации в этом месте обратно смещенного p - n-перехода (на рисунке цифрами обозначено: 1 - металл, 2 - диффузия цинка, 3 - оксид, 4 - n-GaAs, 5 - p-AlGaAs, 6 - активный слойAlGaAs, 7 - n-AlGaAs, 8 - подложка n-GaAs). Чтобы улучшить волноводные свойства гетероструктуры в подложке из AsGa, под активной областью делается канавка, заращиваемая потом более широкозонным материалом AlGaAs. Для ограничения электромагнитной волны в плоскости p - n-перехода и уменьшения внутренних оптических потерь создаются гетероструктуры с террасной подложкой.

Наиболее узкую полоску активной области можно получить с помощью V-образной гетероструктуры. На рисунке цифрами обозначено: 1 - металл, 2 - p-GaAs, 3 - p-AlGaAs, 4 - активный слой  AlGaAs, 5 - n-AlGaAs, 6- подложка  n-GaAs.

Если одну часть гетероструктуры легировать цинком, то получится обычный p - n-переход в поперечном направлении в GaAs. Ширина p - n-перехода определяется толщиной слоя GaAs. Полосковый лазер можно также изготовить путем нанесения на поверхность гетероструктуры полоскового металлического контакта и последующей обработки всей поверхности потоком протонов. Не защищенные металлом участки становятся высокоомными из-за образования радиационных дефектов. На рисунке цифрами обозначено: 1 - металл, 2 - p-GaAs, 3 - p-AlGaAs, 4 - имплантация протонов (высокоомная область), 5 - активный слой  AlGaAs, 6 - подложка  n-GaAs.

Для увеличения мощности генерации созданы многоэлементные фазированные инжекционные лазеры, или фазированные лазерные решетки. В пределах единой гетероструктуры интегрируется несколько десятков полосковых лазеров, потоки излучения которых взаимодействуют между собой, что приводит к когерентному сложению интенсивностей. Одновременно уменьшается угол расходимости излучения в плоскости гетероперехода. Жесткие фазовые соотношения между отдельными лучами устанавливаются либо за счет перекрытия электромагнитных полей соседних лазеров, либо, как показано на рис. в результате разветвления в лазерных волноводах.

3. Для того чтобы исключить потери световой энергии на преломлённые лучи, нужно выполнить закон полного внутреннего отражения в оптическом волокне, в противном случае световая волна подвергнется быстрому затуханию, и дальность передачи информации будет ничтожно мала. Иными словами необходимо найти из закона Снеллиуса некий критический угол падения, при котором преломлённый луч будет отсутствовать: Θ_c=arcsin(n₂/n₁).

Для обеспечения полного внутреннего отражения абсолютный показатель преломления сердцевины оптического волокна выбирают несколько выше показателя преломления оболочки. Например, если показатель преломления оболочки равен 1,474, то показатель преломления сердцевины - 1,479.

Важным параметром, характеризующим волокно, является числовая апертура NA. Она связана с максимальным углом ΘA (апертурный угол) ввода излучения из свободного пространства в волокно, при котором свет ещё испытывает полное внутреннее отражение и распространяется по волокну, выражением:

NA = sin ΘA.

Рис. 3.10 Числовая апертура.

Если имеются два волокна с одним и тем же диаметром сердечника, но с различными числовыми апертурами, волокно с большей апертурой будет принимать больше световой энергии от источника света, чем волокно с меньшей апертурой. Если есть два волокна с одинаковыми апертурами, но с различными диаметрами, волокно с большим диаметром получит в сердечник больше световой энергии, чем волокно с меньшим диаметром.