Два головних конструктивних відмінності є у лазерного діода в порівнянні з світлодіодом.
Перше, лазерний діод має вбудований оптичний резонатор.
У напівпровідникових лазерах (LASER - посилення світла шляхом вимушеної емісії випромінювання) дзеркалами резонатора служать межі напівпровідникового кристала. Через різницю показників заломлення на кордоні «кристал-повітря» виходить досить високий коефіцієнт відбиття і велике посилення.
Друге, лазерний діод працює при значно більших значеннях струмів накачування, ніж світлодіод, що дозволяє при перевищенні деякого порогового значення отримати режим індукованого випромінювання. Саме таке випромінювання характеризується високою когерентністю, завдяки чому лазерні діоди мають значно менше ширину спектра випромінювання (0,1-0,4 нм) ріс.7впротів30-50 нм у світлодіодів, рис. 7а.
Залежність потужності випромінювання від струму накачування описується ват-амперної характеристикою лазерного діода. При малих токах накачування лазер відчуває слабке спонтанне випромінювання, працюючи як малоефективний світлодіод. При перевищенні деякого порогового значення струму накачування Ithres, випромінювання стає індукованим, що призводить до різкого зростання потужності випромінювання і його когерентності, рис. 9.
Ріс.9- Ватт - амперні характеристики:
1.Лазерного діода
2.Светодіода
Потужність вихідного випромінювання Рout або вихідна потужність випромінювання світлодіода (output power) відображає потужність вводиться в волокно випромінювання. Поряд з традиційною одиницею виміру Вт вона може вимірюватися в дБм. Потужність випромінювання, що приводить в характеристиках оптичного передавача, може варіюватися в деякому діапазоні. У таких випадках вказують діапазон потужності випромінювання (output power range). Haпример, -19 / -14 дБм означає, що рoutmin = -19 дБм, а pout max = -14 дБм.
Чотири основні типи лазерних діодів набули найбільшого поширення:
- з резонатором Фабрі-Перо;
- з розподіленою зворотним зв'язком;
- з розподіленим бреггівськими відображенням;
- із зовнішнім резонатором.
Лазерні діоди з резонатором Фабрі-Перо (FP лазери, Fabry-Perot). Резонатор в такому лазерному діоді утворюється торцевими поверхнями, оточуючими по обидва боки гетерогенний перехід. Одна з поверхонь відображає світло з коефіцієнтом відображення, близьким до 100%, інша є напівпрозорої, забезпечуючи, таким чином, вихід випромінювання назовні.
На рис. 7б показаний спектр випромінювання промислового лазерного діода з використанням резонатора Фабрі-Перо. Як видно з малюнка, поряд з головним піком, в якому зосереджена основна потужність випромінювання, існують побічні максимуми. Причина їх виникнення пов'язана з умовами освіти стоячих хвиль.
Для посилення світла певної довжини хвилі необхідно виконання двох умов. Перше, довжина хвилі повинна задовольняти співвідношенню 2D = Nl, де D - діаметр резонатора Фабрі-Перо, а N - деяке ціле число. Друге, довжина хвилі повинна потрапляти в діапазон, в межах якого світло може посилюватися індукованим випромінюванням. Якщо цей діапазон досить малий, то має місце одномодовий режим з шириною спектра менше 1 нм. В іншому випадку в область Dl0,5 можуть потрапити два або більше сусідніх максимумів, що відповідає многомодовому режиму з шириною спектра від одного до декількох нм.
FP лазер має далеко не найвищі технічні характеристики, але для тих додатку, де не потрібно дуже висока швидкість передачі даних, він, в силу більш простої конструкції, найкращим чином підходить з точки зору ціна-ефективність.
Слід зазначити, що навіть у тому випадку, коли сусідні максимуми малі, тобто коли реалізується одномодовий режим випромінювання і Dl мало, з ростом швидкості передачі у FP лазера спостерігається перерозподіл потужності в модах, яке призводить до паразитного ефекту - динамічному розширенню спектра Dl (до 10 нм при частоті модуляції 1-2 ГГц).
Цей ефект відсутній в трьох інших більш досконалих типів лазерних діодів, що відрізняються способом організації оптичного резонатора, і є в деякій мірі модернізацією простого резонатора Фабрі-Перо.
Лазерні діоди з розподіленою зворотним зв'язком (DFB лазер)
Для зменшення кількості генеруються мод (що є необхідною умовою збільшення швидкості передачі інформації) був розроблений лазер з розподіленою зворотним зв'язком (РІС).
Системи зворотного зв'язку лазерів бувають дискретними - у вигляді розташованого поза лазерної середовища оптичного резонатора, що складається в більшості випадків з напівпрозорих дзеркал, і розподіленими - у вигляді структури, де відображення створюється періодичною зміною показника заломлення уздовж шляху світла Рис.10.
У DFB-лазері з РОС для зменшення числа мод в резонаторі створюється або періодична неоднорідність показника заломлення, або періодична зміна оптичної товщини активного шару, в якому поширюється світлова хвиля. Такі періодичні структури називаються дифракційними гратами, мають для створення дзеркального ефекту кілька сотень штрихів (по-іншому - сотень періодів). В результаті дифракції на такий решітці залишаться тільки ті моди, довжина хвилі яких кратна періоду решітки. При цьому відстань між штрихами lB (період) має задовольняти умові Брегга:
lB = mλ / 2nеф (5)
де m - порядок дифракції,
λ - довжина хвилі світла в матеріалі,
nеф - ефективний показник заломлення хвилеводу.
У лазері з РОС періодична структура розподілена по всій активної області генерації рис.10. Позитивний зворотний зв'язок створюється за рахунок зворотного розсіювання Брегга.
Лазер з РОС - це хвилевід з виступами і западинами у вигляді дифракційної решітки. Світлова хвиля, що проходить за таким волноводу, розсіюється усіма точками дифракційної решітки. У багатьох точках світло потроху розсіюється в протилежних напрямках, але в цілому виходить розсіювання великої інтенсивності. Довжина хвилі в такому лазері визначається показником заломлення і від температури практично не залежить.
Дата додавання: 2015-04-04; переглядів: 40; Порушення авторських прав
