Рассчитать параметры полупроводникового лазера

Пороговый ток полупроводникового лазера рассчитывается по выражению:
Iпор=1L∙∆x-1*q∙BefA2*dГ2*Nn∙A∙Г+α+12L∙ln1R1∙R22, 1.1
где q – заряд электрона 1,6∙10-19,Кл;
Bef - вероятность излучаемой рекомбинации;
А – коэффициент пропорциональности зависимости коэффициента усиления носителей;
d – толщина активной области;
∆x, L – ширина и длина активной j области;
Г – коэффициент оптического ограничения;
Nn – концентрация носителей при которой гасится поглощение между зонами и возникает усиление;
α - потери в активной среде;
R1, R2 - коэффициентное отражение зеркал, для полупроводникового лазера с резонатором Фабри-Перо;
na,nn,n0 – показатели преломления активной, пассивной и внешней среды, соответственно.
Полупроводниковый лазер с резонатором Фабри-Перо имеет излучающий pn-переход . Кристалл полупроводника полируют с торцов, чтобы получить зеркальные стенки, между которыми образуется оптический резонатор. Одно из зеркал отражает свет, а другое полупрозрачное и обеспечивает выход излучения наружу.
Рисунок 1.1 – Лазер с резонатором Фабри-Перо
Рассчитаем длину волны, учитывая, что фотон с длиной волны 1 мкм имеет энергию 1,24 эВ:
λ=1,24∆Е, мкм (1.2)
λ=1,241,55=0,8 (мкм)
Ширина спектра излучения рассчитывается по формуле:
∆λ=λ22∙nа∙L, (1.3)
Рассчитаем ширину спектра:
∆λ=0,8∙10-622∙3,5∙300∙10-6=0,64∙10-122100∙10-6=0,3∙10-9=0,3 нм.
Рассчитаем коэффициент оптического ограничения по формуле:
Г=2∙π2∙d2λ2na2-nп2, (1.4)
где nп=na-∆n=3,5-0,05=3,34.
Г=2∙3,142∙0,1∙10-620,8∙10-62∙3,52-3,452=0,107.
Рассчитаем коэффициентное отражение зеркал, для полупроводникового лазера с резонатором Фабри-Перо:
R1=R2=na-n0na+n02, (1.5)
R1=R2=3,5-13,5+12=0,309.
Рассчитаем пороговый ток по формуле 1.1:
Iпор=1300∙4-1∙1,6∙10-19∙3∙10-10∙10-47∙10-172∙0,10,1072*
*3∙1018∙7∙10-17∙0,107+15∙10-4+12∙300∙ln10,309∙0,3092=5,18 (А)
Дифференциальный квантовый выход рассчитывается по формуле:
ηк=1-R11+R1R2∙1-R1∙R2∙1Lln1R1∙R2α+1Lln1R1∙R2, (1.6)
ηк=1-0,3091+0,3090,309∙1-0,309∙0,309∙1300ln10,309∙0,30915∙10-4+1300ln10,309∙0,309=0,361.
Максимальная скорость передачи, обеспечиваемая лазером, определяется частотой электронно-фотонного резонатора:
B=fрез=12π∙τс∙τф∙IIпор-1, 1.7
B=fрез=12π∙5∙10-9∙10-12I5,18-1=0,225∙1010I5,18-1
Рисунок 1.2 - Ватт-амперная характеристика полупроводникового лазера
В результате расчетов получили следующие значения:
- пороговый ток Iпор = 5,2 А;
- дифференциальный квантовый выход η = 0,361;
- ширина спектра излучения ∆λ=0,3 нм;
- скорость модуляции В зависит от тока лазера и показана на рисунке 1.2.