Qarshi davlat universiteti fizika-matematika fakulteti

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 diodlar tuzilishi 2.10-rasmda tasvirlangan [20].

2.10-rasm. p-n o‘tishli, Fabri-Pero rezonatorli lazer diodi.

Aks ettiruvchi parallel, ko‘ndalang yuzalar Fabri-Pero rezonatorlarini tashkil etadi. Tashuvchilar rekombinatsiyasi o‘tish tekisligi yaqinida amalga oshadi va Fabri-Pero rezonatorlari hisobiga musbat teskari aloqa hosil qilinadi. Ko‘ndalang yuzalardan aks etish havoning va yarim o‘tkazgichning n sindirish ko‘rsatkichlarini farqlanishi bilan tushuntiriladi. Nomaqbul yo‘nalishlarda generatsiya yuzaga kelmasligi uchun nurlantirmaydigan yuzalarning g‘adir-budirligi ta’minlanib, ularning dag‘allashuviga erishiladi.

2.7-rasmda ko‘rsatilgandek nurlanish manbalarining vatt – amper tavsifida injeksiya toki qiymati chegaraviy qiymatga yetib generatsiya, ya’ni lazer effekti hosil bo‘lganda tuzilishda to‘liq optik kuchayish to‘liq yo‘qotishlarga tenglashadi.

To‘liq yo‘qotishlar uzunlik birligida α koyeffitsiyent bilan tavsiflanadigan ichki yo‘qotishlardan va ko‘zgudan aks etish koeffitsiyentlari р₁ va р₂ bilan aniqlanadigan, rezonator oxirlaridagi yo‘qotishlardan iborat. Rezonatorning L uzunligida generatsiyaning yuzaga kelishi uchun, muhit uzunlik birligida quyidagi shart bilan aniqlanadigan S kuchayishga ega bo‘lishi kerak:

(2.5)

Odatda GaAs asosidagi injeksion lazer uchun р₁=р₂=0,3. Tokning chegaraviy zichligini quyidagi ifoda orqali baholash mumkin, A/sm²

(2.6)

bu yerda DЕ – spontan nurlanish liniyasining energiyasi; d-aktiv soha qalinligi; DЕ_q - yarim o‘tkazgich ta’qiqlangan zonasining energiyasi; α-muhitning kuchayish koeffitsiyentini temperaturaviy bog‘lanishini hisobga oluvchi, ko‘paytuvchi.

Gomolazer uchun, uy temperaturasida generatsiya chegarasiga erishish uchun, I_ч ning chegaraviy zichligi 30 ... 100 A/sm² bo‘lishi kerak. Bu quyidagi sabablar bilan tushuntiriladi:

1. 
   n turdagi yarim o‘tkazgichdan р-п o‘tishga injeksiyalanadigan elektronlarni bir qismi, o‘zining katta diffuziya uzunligidan aktiv soxaga sakrab o‘tadi va induksiyalangan (majburiy) nurlanishning hosil bo‘lish jarayonida qatnashmaydi;
   
2. 
   aktiv soxadagi rekombinatsiya natijasida hosil bo‘lgan nurlanish, o‘lchamlari aktiv soxadan oshadigan quyi sifatli yorug‘lik o‘tkazgichda tarqaladi. Aktiv soxadan tashqarida egallanganlik inversiyasi (inversiya naselennosti) sharti bajarilmaydi va nurlanish intensiv yutiladi.
   

Tok zichligining juda kattaligi kristallning ortiq qizib ketishiga va uning tezda buzilishiga olib keladi. Kristall temperaturasi suyuq azot temperaturasigacha kamaytirilganda lazer uzoq muddat xizmat qilishi mumkin.

Gomolazer misolida faqatgina majburiy nurlanish mexanizminigina ko‘rib chiqish mumkin, lekin uni tolali optik aloqa tizimlarida qo‘llash amaliy mumkin emas. Tolali optik aloqa tizimlari uchun lazer diodi normal tashqi sharoitlarda modulyatsiyalaydigan tok bilan barqaror, mustahkam ishlashi kerak. Tok zichligining tashqi sovitishni talab etmay, kamayishi va boshqa tavsiflarni yaxshilanishi ko‘p qatlamli yarim o‘tkazgichlar – geterotuzilishlar hisobiga erishilgan. Amaliyotda bitta generatsiya kanaliga ega bo‘lish maqsadga muvofiq. Bunga rezonator bo‘ylab aktiv soxani ingichka poloskaday chegaralash hisobiga erishish mumkin. Bunday lazer diodlar I_ч lar poloska geometriyali lazerlar deyiladi. Ularda I_ч ток 500 mA/sm² gacha kamayadi, nurlantiruvchi yuzani kichik sonli apertura – NA li ga optik tolaga nurlanishi samarali kiritishni ta’minlovchi o‘lchamlargacha tayyorlash mumkin va nurlanish stabilligini oshirish mumkin. Poloskali kontaktni bir necha usullar yordamida tayyorlash mumkin. 8.5 – rasmda poloskali kontaktni tayyorlash misollari keltirilgan[21].

2.11-rasm. Poloskali kontaktni tayyorlash usullari: a- mezapoloska tuzilishli lazer; v- proton portlatish bilan hosil qilingan kontakt; d)cho‘ktirilgan strukturali lazer.

Rasmda ko‘rsatilgan tuzilishlarning hammasi n va r turdagi GaAs aktiv qatlamga ega, GaAs li aktiv qatlam bir tomondan r turdagi AlGaAs qatlam bilan chegaralangan. р- turdagi AlGaAs qatlam boshqa n turdagi chegaralovchi qatlamdan injeksiyalanadigan elektronlar uchun potensial to‘siq hosil qiladi. р va n turdagi GaAs qatlamlar omik va issiqlik kontaktlarini yaxshilash uchun mo‘ljallangan. 8.5,a – rasm da mezapoloska tuzilishli lazer tasvirlangan. Bunday tuzilish bir necha qatlamlarni yemirish (stravleniye), so‘ng ularni izolyatsiyalash va metall kontaktni changitib yuborish bilan hosil qilinadi. 8.5,b – rasmda, poloskadan tashqarida aktiv soxani buzadigan, protonli portlatish bilan hosil qilingan poloskali kontakt tasvirlangan. 8.5,v – rasmda cho‘ktirilgan (pogrujenniy) tuzilishli poloskali kontakt ko‘rsatilgan. Bunday tuzilish n turdagi qatlamga mezotuzilishlarni cho‘ktirish yo‘li bilan yaratiladi. Cho‘ktirilgan tuzilishli lazer diodlarda chegaraviy tokning kichik qiymatlari (I_ch = 5-0 mA/sm²) va kichik chiqish quvvatlari (P_ch = 0,5…2 mVt) kuzatiladi. Bunday kichik qiymatlar nurlantiruvchi yuza o‘lchamlarining kichikligi, 1-2 mkm dan oshmasligidandir.

Fabri-Pero rezonatorli lazer diodlar ko‘p modali lazerlar ham deyiladi. Chunki ular bir necha modalarni nurlantiradi (2.12,a-rasm).

2.12,a-rasmdagi katta amplitudali moda – bu to‘lqin uzunligining asosiy modasi, kichik amplitudali modalar – yon modalari hisoblanadi. Yon modalar orasi taxminan 1 nm ga teng. Lazer nurlanish modulyatsiyasida nafaqat asosiy moda, shuningdek yon modalar ham modulyatsiyalanadi. Bunday lazerlarda optik nurlanishning to‘liq spektr kengligini yarmi 4-5 nm ga teng.

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

Spektrning kengligi dispersiyani oshishiga olib keladi. Fabri-Pero rezonatorli, ko‘p modali lazerlar juda yuqori texnik tavsiflarga ega emas. Lekin 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‘lsa ham uzatish tezligi oshishi bilan Fabri-Pero rezonatorli lazer diodlar modalarida quvvatni qaytatdan taqsimlanishi kuzatiladi. Bunda har bir alohida modani quvvati sezilarli darajada o‘zgarishi mumkin. Lazer signali tola bo‘ylab uzatilganda, to‘lqin uzunligiga bog‘liq bo‘lgan guruhli kechikish (xromatik dispersiya)ni hisobga olsak, modalar bo‘ylab quvvatni taqsimlanishi chiqishda shovqin sathini oshishiga va Δλ spektrni dinamik kengayishiga (1-2 GGs chastota modulyatsiyasida 10 nm gacha) olib keladi. Yuqori tezlikli tizimlarida bu seksiya uzunligini chegaralovchi asosiy omil bo‘lishi mumkin[21;22].

Optik rezonatorlarni tashkil qilish usuli bilan farqlanuvchi, ma’lum darajada oddiy Fabri-Pero rezonatorlarining takomillashuvi hisoblangan boshqa mukammal lazer diodlarda bu kamchiliklar mavjud emas.

Bir modali lazerlar. Ko‘p modali lazerlarda nurlanish spektrining kengligi dispersiya qiymatini oshishiga olib keladi. Bu kamchilikni bartaraf etish uchun bir modali lazerlardan foydalanish talab etiladi. Bir modali lazerlarda modani o‘zini nurlanish spektri tor bo‘lib, Δλ=0,1-0,4 nm ni tashkil etadi. Bundan tashqari, agar bir modali lazer to‘g‘ri sozlangan bo‘lsa, unda birinchi yon moda asosiy modadan juda bo‘lmaganda 30 dB ga past bo‘lishi mumkin.

XULOSA

1. 
   Hozirgi zamon texnikasida axborotni optik uzatishning afzalliklari va qo‘llash sohalari ko‘rib chiqildi.
   
2. 
   Optik aloqaga oid asosiy ma’lumotlar, ochiq optik aloqa va tolali optik aloqa, tolali optik aloqa tizimlarining tuzilish prinsiplari o’rganildi.
   
3. 
   Optik axborotni uzatuvchi manbalar ularning turlari, tavsif va parametrlari o‘rganildi.
   
4. 
   Lazer diodlarga xos muhim xususiyatlaridan biri bu vatt – amper xarakteristikasi atrof muhit temperaturasiga bog’liqligi.
   
5. 
   Optik signal tola orqali uzatilganda yorug‘lik to‘lqinlarini tola muhiti bilan chiziqli va nochiziqli o‘zaro ta’siri natijasida signal quvvatini yo‘qolishidan optik signal so‘nadi.