Lazer diodi xarakteristikalari

2.2 Lazer diodi xarakteristikalari
Yarim o‘tkazgichli lazer diodlarida yuqorida qayd etilgan jarayonlar ikki xil usul bilan amalga oshirilishi mumkin. Birinchi usulga ko‘ra, p-n o‘tish aynigan, ya’ni kiritmalar konsentratsiyasi haddan tashqari katta (1019 — 1020 sm3) bo‘lgan yarimo‘tkazgichlardan tayyorlanadi. Shunday p-n o‘tishning termodinamik muvozanat va to ‘g‘ri ulangan holdagi energetik diagrammalari ko‘rsatilgan. Aynigan yarimo‘tkazgichlardan tayyorlangan p-n o‘tish to‘g‘ri ulanganda, biz awal ko‘rib o‘tganimizdek, elektronlarning n sohadan p sohaga va kovaklarning p sohadan n sohaga injeksiyasi yuz beradi. Natijada p-n o‘tishning o‘tkazuvchanlik energetik sohasi elektronlar bilan, valent energetik sohasi kovaklar bilan deyarli to‘liq egallangan yupqa 5x qatlami aktiv, ya’ni teskari egallangan bo‘lib qoladi. Bunda elektron va kovaklarning p-n o‘tish va unga yaqin fazoda rekombinatsiyalanishi natijasida quyidagi energiyaga ega bo‘lgan birlamchi spontan nurlanishi- fotonlar hosil bo‘ladi:
Shuni alohida aytish kerakli, lazer chegaralangan pik quwatli nurlanish m anbayi hisoblanadi. Bu dam lash tokining katta qiymatlarida quwatning 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 . Bu bo‘sag‘aviy tok va chiqish quw ati qiymatlarining o ‘zgarishiga olib keladi. Bu kamchilikni bartaraf etish uchun kompensatsiyalashning elektr sxemalari, shuningdek, mikrosovitkichlardan foydalaniladi. Lazer diodi nurlanishining yo'nalganlik diagrammasi ko‘rsatilgan. Rasmdan ko‘rinib turibdiki, lazer nurlanishining diagrammasi nosimmetrik quwatning yarim sathida o‘lchanganda uning kengligi o‘tishga parallel yuzada 20° dan kichik va perpendikulyar yuzada 40° dan katta. O‘zaro perpendikulyar yo'nalishlarda nurlanish quwatining burchakka bog‘liqligi ko'rsatilgan. Y o‘nalganlik diagram m asi 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‘Uash talab etiladi.
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‘lganligi uchun retranslatsiyasiz (Z=100 km ) uzun uchastkalarda ana shu to ‘lqin uzunlikdagi optik uzatish manbalaridan foydalanish samaralidir. Magistral aloqa liniyalari kabellari bir modali tolalardan iborat bo‘lgani uchun ham lazer diodidan foydalanish kerak. Zero, lazer diodining yo‘nalganlik diagram m asi yorug'lik diodlarnikiga qararaganda tor va bu nurlanishning tolaga kiritishni osonlashtiradi.
Lazer diodlari, yuqorida qayd eilganidek, tolali optik aloqa timzimlarining uzatuvchi optoelektron modullarida yorug'lik manbayi vazifasini o‘taydi. Lazer diodlarining quyidagi to‘rt xili ayniqsa keng tarqalgan:
— ko‘p modali yoki Fabri-Pero rezonatorli lazerlar;
— bir modali taqsimlangan teskari aloqali (DFB) lazerlar;
— bir modali taqsimlangan Bregg aks etishli lazerlar;
— bir modali tashqi rezonatorli lazerlar.
Ko‘p modali yoki Fabri-Pero rezonatorli lazerlar GaAs yoki InP yarimo‘tkazgich turlaridan biri asosida tayyorlangan, kristallning ikki qaram a-qarshi ko‘ndaiang kesimiga perpendikulyar bo‘lgan p-n o‘tishli parallelepiped ko‘rinishidagi oddiy 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 tufayli musbat teskari aloqa hosil qihnadi. Nurlanishning ko‘ndalang yuzalardan aks etishi havo va yarimo‘tkazgich sindirish ko‘rsatkichlarining farqlanishi bilan tushuntiriladi. Nomaqbul yo'nalishlarda generatsiya yuzaga kelmasligi uchun nurlantirmaydigan yuzalarning g‘adir-budurligi ta’minlanib, ularning dag‘allashuviga erishiladi. Fabri-Pero rezonatorli lazer diodlari ko‘p modali lazerlar deb ham ataladi. Chunki ular bir necha modalarni nurlantiradi.
Bir modali lazerlar Yuqorida aytib o‘tilganidek, ko‘p modali lazerlarda nurlanish spektrining kengligi dispersiya qiymatining ortishiga olib keladi. Bu kam chilikni bartaraf etish uchun bir m odali lazerlardan foydalanish talab etiladi. Bir modali lazerlarda modaning nurlanish spektri tor bo‘lib, A?i=0,l — 0,4 nm ni tashkil etadi. Bundan tashqari, agar bir modali lazer to ‘g‘ri sozlangan bo‘lsa, unda birinchi yon modaning balandligi asosiy modanikiga qaraganda juda bo‘lmaganda 30 dB ga past bo‘lishi mumkin.
Taqsimlangan teskari aloqali yarim o‘tkazgichli lazer diodlari Taqsimlangan teskari aloqali yarimo‘tkazgichli lazer diodi (TTA — LD, DFB) Fabri-Pero yassi rezonatorining takomillashgan turi bo‘lib, uning ikki qatlami (odatda, n-InP va n-InGaAsP qatlamlari) o‘rtasida davriy difraksiya panjarasi joylashtiriladi.
Bu bilan sindirish ko‘rsatkichining fazo bo‘yicha davriy ravishda o‘zgarib turishiga erishiladi, bu esa to‘lqin tarqaladigan aktiv soha qahnligining davriy ravishda o'zgarishiga olib keladi. Teskari aloqa rezonatorlar yuzasiga tegishli uzunlik bo‘yicha taqsimlangan bo‘ladi. Bu turdagi lazerlarning tuzilishi teskari aloqa mexanizmi evaziga to‘lqin uzunligini tanlash imkonini yaratadi.
Bunda difraksiya panjarasining qadami bilan aniqlanadigan, qayd etilgan to‘lqin uzunliklaridagina teskari aloqa hosil bo‘ladi, ya’ni faqatgina panjara davridan qisqa bo‘lgan to‘lqin uzunliklar qoladi. Bu bilan rezonatorlarda q o ‘zg‘aladigan m odalar sonining kamayishiga erishiladi va faqat yuqori quwatli, qisqa spektrli asosiy modaga tegishli signalnigina uzatishga imkoniyat yaratiladi. Difraksion panjara lazer diodi ichida joylashgan bu turdagi lazerlarning ishlab chiqarish texnologiyasi murakkabdir.
Taqsimlangan Bregg ko‘zguli lazerlar. Taqsim langan Bregg ko‘zguli lazerlar (TBK-LD,DBR lazerlarjda difraksion panjara aktiv sohadan tashqarida joylashtiriladi. Bu turdagi lazer diodlarida yagona asosiy modaning generatsiyasi taqsimlangan teskari aloqali yarimo‘tkazgichli lazerlarga nisbatan. odatiy holdir. Bunday tuzilishh lazerlarda hattoki yuqori tezlikli modulyatsiya jarayonida ham m odalarning birdan o ‘zgarishi kuzatilmaydi, aksincha faqatgina bitta asosiy moda hosil bo‘ladi. Bu esa, taqsimlangan Bregg ko‘zguli lazerlarning bir modali optik tolalarda va kanallari spektr bo‘yicha zichlashtirilgan uzatish tizimlarda nurlanish manbayi sifatida ishlatilishiga qulaylik yaratadi.
Tashqi rezonatorli lazer diodlari Tashqi rezonatorli lazer diodlarida ularning bir yoki ikkala ko‘ndalang yon tomoni aks ettirishni kamaytiruvchi, maxsus qatlam bilan qoplanadi va mos ravishda yarimo‘tkazgichli aktiv sohaning atrofida bitta yoki ikkita ko‘zgu qo‘yiladi.Aks etishni kamaytiruvchi qoplama aks etish koeffitsiyentini taxminan to ‘rt tartibga kamaytiradi, aktiv qatlam ning boshqa ko‘ndalang yoni esa 30 foizgacha yorug‘lik oqimini aks ettiradi. Aks ettiruvchi difraksiya panjarasi ko‘zgu va difraksiya panjarasidan tarkib topadi. Ko‘zgu difraksiya panjarasi vazifasini to‘ldiradi. Ko‘zgu va aktiv soha o‘rtasida teskari aloqani yaxshilash uchun linza o‘rnatiladi.