3-боб. Оптик алоқа тизимларида қЎлланиладиган ёруғлик манбалари

3.3.3.Гетероўтишли лазер диодлари, уларнинг характеристикалари ва параметрлари
Лазер генерацияси чоғида ток бўйича ва оптик йўқотишларни камайтириш учун n турдаги кенг энергетик соҳали ва р турдаги тор энергетик соҳали ярим ўтказгичлардан таркиб топган гетероўтишлардан фойдаланилади. Бунда ҳатто айнимаган ярим ўтказгичлардан тайёрланган ўтишларда ҳам, тор энергетик соҳали ярим ўтказгич ман этилган энергетик соҳасининг кенглигига қараганда каттароқ тўғри йўналишдаги кучланишларда энергетик сатҳларнинг тескари эгалланганлиги юз беради.
Бир томонлама гетеротузилишли лазерларда актив соҳага бевосита ёндош бўлган p турдаги GaAs қатламига унга қараганда кенгроқ энергетик соҳали p турдаги GaAlAs қатлами ўстирилади. Бундай тузилмада актив соҳа орқали ўтиб, коваклар билан рекомбинация қилишга улгурмаган электронлар ΔW_м.э.с баланликка эга бўлган потенциал тўсиқ мавжудлиги туфайли кенг энергетик соҳали p турдаги GaAlAs ярим ўтказгичининг ўтказувчанлик энергетик соҳасига ўта олмайди. Электронлар бу потенциал тўсиқдан қайтиб, қайтадан актив соҳага тушадилар ва катта эҳтимоллик билан коваклар билан рекомбинация қиладилар. Бу ҳол генерация жараёни квант самарадорлигининг муҳим тарзда ортишига олиб келади.


­­­a)
3.13-расм. Бир томонлама гетероўтишли лазер:
тузилиши (а); энергетик диаграммаси (б); гетероўтузилма
бўйлаб синдириш кўрсатгичининг тақсимоти (в).


Бундан ташқари гетеротузилмада тўлқин узатиш билан боғлиқ ҳодиса юз беради. Дарҳақиқат, уч қатламли тузилмада n₂ синдириш кўрсатгичига эга бўлган актив соҳа синдириш кўрсатгичлари n₁ ва n₃ бўлган актив бўлмаган соҳалар орасига жойлашган.
Агар синдириш кўрсатгичлари
n₂>n₁≥n₃ (3.12)
шартни қаноатлантирса, ёруғлик нурининг 1- ва 2- қатламлар чегарасига тушиш бурчаги θ₁₂ нинг қиймати қуйидаги тенглама билан аниқланадиган
критик қийматдан катта бўлади (3.14-расм):
θ_кр=arcsin(n₁/n₂) (3.13)
Шунга ўхшаш ҳолат 2- ва 3- қатламлар чегарасида ҳам кузатилади. Шундай қилиб, агар актив қатламнинг синдириш кўрсатгичи уни ён томонлардан ўраб турган қатламларнинг синдириш кўрсатгичларидан катта бўлса, яъни (3.12) тенгсизлик бажарилса, электромагнит нурланиш қатламлар чегараси текислигига параллел равишда тарқалади.

3.14. Гетероўтишли тузилмаларда тўлқин узатиш.


Натижада, тўлқин узатиш ҳодисаси нурланишнинг актив соҳадан актив бўлмаган қўшни соҳаларга ўтишига тўсқинлик қилади, яъни оптик йўқотишларни камайтиришга кўмаклашади. Синдириш кўрсатгичининг ўтишдаги ўзгариши 10% гача бўлганида, нурланишнинг чекланиши ёрқин намоён бўлади. Бунга фақат гетероўтишлар ёрдамида эришиш мумкин. Гомо тузилишли лазерларда актив соҳанинг синдириш кўрсатгичи қўшни соҳаларнинг синдириш кўрсатгичларидан атиги 0,1-1% га фарқ қилиши мумкин. Шу сабабдан бир томонлама гетероўтишли лазерларда нурланишнинг кескин чекланишига фақат гетероўтиш чегерасидагина (2- ва 3- қатламлар орасидагина) эришилади.
Юқорида зикр этилган иккала омилнинг биргаликдаги таъсири дамлаш бўсаға токи қийматнинг 20...100 кА/см² дан 7...40ка/см² гача камайишига ва бир вақтнинг ўзида энергетик диаграмма оғиш бурчагининг тангенси билан аниқланувчи дифференциал квант самарадорликнинг 15...20%дан 35-50%гача ортишига олиб келади. Бир томомнлама гетероўтишли тузилмалар импульсли инжекцион лазерларда кенг қўлланилади. ЛПИ ва ИЛПИ туридаги лазер диодларида частоталар кетма-кетлигининг оралиғи 10 кГц га тенг бўлганида нурланишнинг импульс қуввати 1..25 вт ни ташкил этади.