11.2.3. Ватт-амперные и вольт-амперные характеристики

На рис. 11.6, а показаны типичные зависимости выходной мощности и напряжения на диоде от тока для GaAlAs/GaAs полоскового лазера с волноводным усилением при ширине полоски около 10 мкм. При уменьшении ширины полоски лазерный порог таких приборов сгановится «мягче», т. е. выходная мощность остается пропорциональной спонтанному излучению. Это приводит к уширению отдельных лазерных мод. Ниже порога вольт-амперная характеристика описывается формулой (9.1.9) при если сопротивление диода можно считать постоянным. Обычно сопротивление диода составляет Ом. Падение напряжения при нормальном токе обычно составляет В для GaAlAs/ GaAs лазеров и около 1,2 В для InGaAsP/InP приборов. Вольт-амперные характеристики (рис. 11.6, б) хорошо описывают работу лазера. Выше порога напряжение на диоде остается постоянным, что хорошо видно на графике зависимости от Наличие перегиба ватт-ампер ной характеристики, показанного на рис. 11.6, в, также влияет на вид вольт-амперных характеристик.

Показанные на рис. 11.6, в перегибы характерны для лазеров с волноводным усилением при ширине полоски Эти перегибы становятся серьезной помехой, когда требуется высокая линейность, затрудняют работу в импульсном режиме и делают невозможной работу в аналоговом режиме. Причину их появления связывают с изменениями в распределении боковых поперечных мод. Вследствие перескока мод выходная мощность возрастает с током медленнее или даже падает до тех пор, пока не установится новый модовый состав. Перегиб появляется в лазерах с волноводным усилением, потому что для

(кликните для просмотра скана)

них характерно слабое каналирование, которое может быть преодолено путем уменьшения показателя преломления, обусловленного высокой концентрацией носителей. Проблему удается решить, применяя очень узкие (менее 10 мкм) полоски. Главная причина нестабильности остается, но уровень выходной мощности, при котором появляется перегиб, удается сдвинуть за пределы нормального рабочего режима лазера. С другой стороны, наличие канального волновода облегчает лазерную генерацию на заданной основной моде. Поскольку скачок показателя преломления в зарощенной гетероструктуре (см. рис. 11.2, г) велик, для работы на одной боковой поперечной моде требуются очень узкие полоски. Жесткость этого условия удается снизить до в так называемой модифицированной полосковой зарощенной гетероструктуре (см. рис. 11.2, д). В любом случае удается избавиться от перегибов (рис. 11.6, б) и получить линейную выходную характеристику, но за счет значительного снижения выходной мощности.

Лазеры проявляют тенденцию к самопульсациям на частотах от до Это явление необходимо отличать от затухающих колебаний или звона, появляющегося в начале лазерного импульса (см. следующий параграф). Пульсации часто появляются во время испытания на срок службы и их связывают с дефектами, которые возникают вследствие избыточного поглощения в локальных областях оптического канала. Они вызывают уменьшение населенности возбужденных состоянии, что в свою очередь приводит к уменьшению мощности до тех пор, пока общее усиление опять не достигнет лазерного порогл Затем цикл повторяется. Это похоже на процесс регулярной автомод) ляцни добротности. Улучшение контроля качества материала снижает количество таких дефектов и, следовательно, вероятность пульсаций.

Остается проблемой воздействие температурных изменений в активной области, влияние которых на лазерный порог рассматривалось в § 10.3. Эти и другие изменения характеристик можно видеть на рис. 11.6, б, в. При достаточно высокой температуре диод вообще перестает действовать как лазер. Изменения температуры вызывают изменение длины волны отдельных продольных мод, что приводит к изменению распределения мощности по модам. Таким образом, оказываются изменяющимися спектральные характеристики. Часто оптическая мощность одной продольной моды передается другой во время импульса. Этот эффект известен как перескок мод.