13-ma’ruza. Lazer diodlari, ularning xarakteristika va parametrlari

5.Ikki yoqlama geteroo‘tishli lazerlar
Ikki yoqlama geteroo‘tishli lazerlarning yaratilishi injeksion lazerlar rivojida yangi qadam bo‘ldi.
3.15-rasmda ikkita geteroo‘tishli tuzilma, uning to‘g‘ri yo‘nalishda ulangan sharoitdagi energetik diagrammasi, shuningdek, tuzilma bo‘ylab sindirish ko‘rsatkichlari qiymatining o‘zgarishi aks ettirilgan.
Ikki yoqlama injeksion lazerlarda r turdagi GaAs dan iborat aktiv qatlam ikki tomonidan keng energetik sohali yarim o‘tkazgich qatlamlari orasida joylashtiriladi. Bu hol mazkur tuzilma to‘lqin xususiyatlarining kuchayishiga va optik yo‘qotishlarning kamayishiga olib keladi.

3.16-rasm. Ikki yoqlama geter noo‘tishli injeksion lazer: tuzilishi (a);
energetik diagrammasi (b), tuzilma bo‘ylab sindirish
ko‘rsatgichining o‘zgarishi (v).
Ikki yoqlama injeksion lazerlarda bo‘sag‘a tokining muhim tarzda kamayishiga, shuningdek, quyidagi holat ham sabab bo‘ladi: elektronlar keng enegetik sohali n turdagi GaAlAs emitter qatlamidan aktiv qatlamga o‘z potensial energiyasini yo‘qotgan holda yetib kelib, go‘yoki “tog‘cha” dan yiqilganday bo‘ladilar.
Bu hodisa superinjeksiya nomi bilan yuritiladi. Natijada tokning bo‘sag‘a zichligi 1...3 kA/sm² gacha kamayadi va bu hol yetarli darajada katta ish resursiga ega bo‘lgan uzluksiz ish rejimini ro‘yobga chiqarish imkonini beradi.


Lazer diodining nurlanish quvvatiga tashqi omillarning ta’siri
Shuni alohida aytish kerakli, lazer chegaralangan pik quvvatli nurlanish manbai hisoblanadi. Bu damlash tokining katta qiymatlarida quvvatning kamayib borishi bilan bog‘liq. Lazer diodiga xos yana bir muhim xususiyat shundaki, atrof muhit haroratining o‘zgarishi vatt – amper xarakteristikasi ko‘rinishining o‘zgarishiga olib keladi (3.17 – rasm).


3.17-rasm. Lazer diodi vatt-amper xarakteristikasining haroratga
bog‘liq ravishda ÿzgarishi.


Bu bo‘sag‘aviy tok va chiqish quvvati qiymatlarining o‘zgarishiga olib
keladi. Bu kamchilikni bartaraf etish uchun kompensatsiyalashning elektr
sxemalari, shuningdek, mikrosovutgichlardan foydalaniladi.
3.18 – rasmda lazer diodi nurlanishining yo‘nalganlik diagrammasi ko‘rsatilgan. Rasmdan ko‘rinib turibdiki, lazer nurlanishining diagrammasi nosimmetrik. quvvatning yarim sathida o‘lchanganda uning kengligi o‘tishga parallel yuzada 20⁰ dan kichik va perpendikulyar yuzada 40⁰ dan katta (3.18a–rasm). 3.18b–rasmda o‘zaro perpendikulyar yo‘nalishlarda nurlanish quvvatining burchakka bog‘liqligi ko‘rsatilgan.
Yo‘nalganlik diagrammasi ellips konus ko‘rinishiga ega. Generatsiyalanadigan nurlanishning yetarli katta yoyilganligi, uni kichik sonli aperaturali optik tolaga samarali kiritishga to‘sqinlik qiladi. Buning uchun maxsus moslashtiruvchi qurilmalarni qo‘llash talab etiladi.



3.18-rasm. Lazer diodi nurlanishining yÿnalganlik diagrammasi:
a) parallel va perpendikulyar yuzalardagi nurlanish kengligi;
b) ÿzaro perpendikulyar yÿnalishlarda nurlanish quvvatining
burchakka bog‘liqligi.


Magistral tolali optik aloqa liniyalarida asosan signallar 1,3 va 1,55 mkm to‘lqin uzunliklarida uzatiladi. 1,55 mkm to‘lqin uzunligida so‘nish qiymatlari kichik bo‘lgani uchun retranslyatsiyasiz (L=100km) uzun uchastkalarda ana shu to‘lqin uzunlikdagi optik uzatish manbalaridan foydalanish samaralidir. Magistral aloqa liniyalari kabellari bir moda-li tolalardan iborat bo‘lgani uchun ham lazer diodidan foydalanish kerak. Zero, lazer diodining yo‘nalganlik diagrammasi yorug‘lik diodlarnikiga qararaganda tor va bu nurlanishni tolaga kiritishni osonlashtiradi.
Rossiyaning «Nolatex» kompaniyasi tomonidan ishlab chiqarilayotgan lazer diodlarining asosiy parametrlari 3.3-jadvalda berilgan. 3.4-jadvalda esa, 1 shaffoflik darchasida qo‘llaniladigan lazer diodlarining asosiy parametrlari keltirilgan [ ].
3.3-jadval
Lazer diodlarining parametrlari

LD turlari	R0,mVt	Ich,mA	Iishchi,mA	Tÿqin uzunligi, nm
LD- 1064- 10	10	20	50	1064
LD- 1064-20	20	20	70	1064
LD- 1064-30	30	20	100	1064
LD- 1064-40	40	20	130	1064
LD- 1064-50	50	20	150	1064
LD-1064-100 impulsli rejimda	100	30	500	1064
VD- 1300-5	5	10	35	1310
LD- 1300- 10	10	10	40	1310
LD- 1300-20	20	10	60	1310
LD- 1300-30	30	10	90	1310
LD- 1300-30	30	10	90	1310
LD- 1300-40	40	10	150	1310
LD- 1300-50	50	20	200	1310
LD-1300-100, impulsli rejimda	100	30	700	1310
LD-1550-5	5	15	50	1550
LD- 1550- 10	10	15	70	1550
LD- 1550-20	20	15	100	1550
LD-1550-30	30	30	150	1550
LD-1550-100, impulsli rejimda	100	30	700	1550

3.4-jadval


Birinchi shaffoflik darchasi uchun uchun lazer diodlarining asosiy parametrlari

Model	Tÿl-qin uzun-ligi, nm	Chiqishda-gi quvvati, mkVt	Ishchi tok, mA	Ishchi kuchla-nish, V	Chegaraviy tok, mA	Spektr uzunli-gi, nm	Ishchi temperatura, ^0S
ILPN-780A	770-800	30-35	60-80	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-780B	770-800	40-45	70-100	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-780V	770-800	30-35	90-140	1,8-2,4"	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-820A	800-870	30-35	60-80	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-820B	800-870	40-45	70-100	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-820V	800-870	30-35	90-140	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-820-80	800-870	80-85	120-160	1,8-2,4'	15-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-820-100	800-870	30-35	90-140	1.8-2,4	15-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-1 12-250	808-812	250-300	650-800	1,9-2.2	250-350	0,1-3	-40…+50
ILPN-1 12-500	808-812	500-600	900-1000	1,9-2,2	250-350	0,1-3	-40…+50
ILPN-I2-1000	808-812	1000-1100	1450-1650	1,9-2,2	250-350	0,1-3	-40…+50
ILPN-900A	930-970	40-45	70-90	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-900B	930-970	60-65	100-120	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-900V	930-970	80-85	110-150	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-900-100	930-970	100-105	160-200	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-980A	975-985	50-55	80-100	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ILPN-980B	975-985	100-105	140-200	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50

6. Lazer diodining turlari
Lazer diodlari, yuqorida qayd eilganidek, tolali optik aloqa timzimlarining uzatuvchi optoelektron modullarida yorug‘lik manbai vazifasinin o‘taydi. Lazer diodlarining quyidagi to‘rt xili ayniqsa keng tarqalgan:
- ko‘p modali yoki Fabri-Pero rezonatorli lazerlar;
- bir modali lazerlar;
- bir modali taqsimlangan teskari aloqali (DFB) lazerlar;
- taqsimlangan Bregg aks etishli lazerlar;
- tashqi rezonatorli lazerlar.
Ko‘p modali yoki Fabri-Pero rezonatorli lazerlar
GaAs yoki InP yarim o‘tkazgich turlaridan biri asosida tayyorlangan, kristallning ikki qarama-qarshi ko‘ndalang kesimiga perpendikulyar bo‘lgan p-n o‘tishli parallelepiped ko‘rinishidagi oddiy lazer diodining tuzilishi 3.19-rasmda keltirilgan.

3.19-rasm. Fabri-Pero rezonatorili lazer diodining tuzilishi.


Aks ettiruvchi o‘zaro parallel ko‘ndalang yuzalar Fabri-Pero rezonatorlarini tashkil etadi. Zaryad tashuvchilar rekombinatsiyasi o‘tish tekisligi yaqinida amalga oshadi va Fabri-Pero rezonatorlari hisobiga musbat teskari aloqa hosil qilinadi. Nurlanishning ko‘ndalang yuzalardan aks etishi havo va yarim o‘tkazgich sindirish ko‘rsatkichlarining farqlanishi bilan tushuntiriladi. Nomaqbul yo‘nalishlarda generatsiya yuzaga kelmasligi uchun nurlantirmaydigan yuzalarning g‘adir-budirligi ta’minlanib, ularning dag‘allashuviga erishiladi [4].
Fabri-Pero rezonatorli lazer diodlari ko‘p modali lazerlar deb ham ataladi. Chunki ular bir necha modalarni nurlantiradi (3.20,a-rasm).
3.20a-rasmdagi katta amplitudali moda – bu to‘lqin uzunligining asosiy modasi, kichik amplitudali modalar esa, yon modalar hisoblanadi. Yon modalar orasi taxminan 1 nm ga teng. Lazer nurlanishining modulyatsiyasi jarayonida nafaqat asosiy moda, shuningdek yon modalar ham modulyatsiyalanadi. Bunday lazerlarda optik nurlanishning to‘liq spektr yarim kengligi 4-5 nm ga teng [6].

3.20-rasm. Lazer diodlarning nurlanish spektrlari: a) - ko‘p modali
lazer diodining nurlanish spektri; b) - bir modali lazer
diodining nurlanish spektri.


Nurlanish spektrning kengligi dispersiyaning oshishiga olib keladi. Fabri-Pero rezonatorili, ko‘p modali lazerlar juda yuqori texnik tavsiflarga ega emas. Biroq tuzilishi sodda bo‘lgani uchun, narx-samaradorlik nuqtai nazaridan, bunday lazerlar juda yuqori tezliklar talab etilmaydigan optik aloqa tizimlarida qo‘llaniladi. Aytib o‘tish joizki, bir modali nurlanish rejimida bo‘lib, Δλ kichik bo‘lgan taqdirda ham uzatish tezligining ortishi bilan Fabri-Pero rezonatorili lazer diodining modalarida quvvatning qaytadan taqsimlanishi kuzatiladi.
Bunda har bir alohida modaning quvvati sezilarli darajada o‘zgarishi mumkin. Lazer signali optik tola bo‘ylab uzatilganida to‘lqin uzunligiga bog‘liq bo‘lgan guruhli kechikish (xromatik dispersiya)ni hisobga olsak, modalar bo‘ylab quvvatning qayta taqsimlanishi chiqishda shovqin sathining ortishiga [6] va Δλ spektrning dinamik kengayishiga (1-2 GGs li chastota modulyasiyatsida 10 nm gacha) [2] olib keladi. Yuqori tezlikli optik tizimlarida bu seksiya uzunligini chegaralovchi asosiy omil bo‘lishi mumkin [6].
Optik rezonatorlarni tashkil qilish usuli bilan farqlanuvchi, ma’lum darajada oddiy Fabri-Pero rezonatorlarining takomillashuvi hisoblangan boshqa mukammal lazer diodlarida bu kamchiliklar mavjud emas.