Краткое пособие по курсу лекций «Полупроводниковые лазеры»

Курс: «Полупроводниковые лазеры»

Кафедра: Лазерных систем

БГТУ «ВОЕНМЕХ»

Лектор: Тарасов Илья Сергеевич,

профессор, заведующий лабораторией «Полупроводниковой люминесценции и инжекционных излучателей»

ФТИ им. А.Ф. Иоффе.

Часть 3

Санкт-Петербург

2011 г.

Литература для самостоятельного углубленного изучения материала по курсу «Полупроводниковые лазеры»

1. Х. Кейси и М. Паниш, «Лазеры на гетероструктурах», под редакцией П.Г. Елисеева, Москва, «Мир»,1981.

2. H. C. Casey, M.B. Panish,“Heterostructure Lasers” Academic press, INC. 1978.

3. А.Е. Жуков, «Лазеры на основе полупроводниковых наноструктур», Санкт-Петербург, «Элром», 2007.

4. П.Г. Елисеев «Введение в физику полупроводниковых лазеров» Москва, «Наука», 1983.

5. Govind P. Agraval, Nikloy K. Dutta “Semiconductor lasers” Second edition, Van Nostrand Reinchold, 1993.

6. Robert G. Hunsperger “Integrated Optics: Theory and technology” Springer-Verlag, 1984.

7. Р. Хансперджер «Интегральная оптика (Теория и технология)» под редакцией В.А. Сычугова, Москва, «Мир».

8. W. Tsang, “Semiconductors and semimetals”, Volume 22, Lightwave Communications Technology, Academic press, INC. 1985.

9. У. Тсанг (под редакцией) «Полупроводниковые инжекционные лазеры. Динамика, Модуляция, Спектры», Москва, «Радио и связь», 1990.

10. Х. Такума, «Физика полупроводниковых лазеров» Москва, «Мир».

Лекция 13. Одночастотные полупроводниковые лазеры.

Одночастотные полупроводниковые лазеры это одномодовые полупроводниковые лазеры в первую очередь и во вторую очередь имеющие одну продольную моду или одну частоту генерации в спектре излучения или генерящие на одной стоячей моде резонатора Фабри - Перо.

Следующее усложнение одночастотных полупроводниковых лазеров это одночастотные, динамически стабильные полупроводниковые лазеры. Такие лазеры сохраняют одночастотный режим генерации как в непрерывном режиме генерации так и в случае модуляции тока накачки в том числе высокочастотной модуляции.

Рис. 160. Схематичное изображение электромагнитных мод в резонаторе полупроводникового лазера.

13.1 Типы одночастотных полупроводниковых лазеров.

1. С коротким резонатором Фабр-Перо.

2. С составным резонатором (С³ лазеры).

3. С внешним диспергирующим элементом (С внешней дифракционной решеткой или филтром типа эталона Фабри-Перо).

4. С внутренним диспергирующим элементом (С внутренней дифракционной решеткой)

Простейший вариант одночастотного лазера это лазер с коротким резонатором Фабр-Перо. Из раннего известно, что чем короче резонатор Фабри-Перо тем сильнее разнесены частоты стоячих волн резонатора Фабри-Перо. При некоторой длине резонатора в полосу усиления материала активной области попадает только одна продольная мода резонатора Фабри-Перо.

(81)

Это выражение для расстояния между соседними продольными модами резонатора Фабри-Перо в вакууме.

Рис.161. Схематичное изображение резонатора Фабри-Перо и соседних стоячих волн или мод резонатора Фабри-Перо.

Выражения для расстояния между длинами волн соседних продольных мод волноводе полупроводникового лазера принимает вид (82), где n_g- - показатель преломления для материала волновода (или эффективный показатель преломления).

(82)

На рисунке 162 а схематически изображены спектр усиления активной области и спектр частот стоячих волн длинного резонатора Фабри – Перо; на рисунке 162 б приведена аналогичная схема для короткого резонатора Фабри-Перо. В этом случае в максимуме спектра усиления находится только одна частота или продольная мода резонатора Фабри-Перо и усиление происходит только на ней. Однако такой лазер не будет динамически стабильным, поскольку с увеличением тока накачки волновод и активная область разогреваются, и спектр усиления смещается в длинноволновую область, а частота генерации переключается на другую продольную моду генерации.