оди. Індекси «tot» і «act» означають інтегрування по всій структурі або тільки в межах активної області відповідно.
У порівнянні з традиційними торцевими лазерами структури ВІЛ мають суттєві особливості (рис. 1, b ):
використання розподілених брегговскіх відбивачів (РБО) в якості верхнього та нижнього дзеркал;
відносно мала довжина оптичного резонатора (реалізується режим мікрорезонатора, відповідний істотно неоднорідному просторовому розподілу амплітуди стоячої хвилі оптичного випромінювання);
напрямок поширення світлової хвилі перпендикулярно площині активного шару;
для ВІЛ на основі КЯ або КТ товщина активного шару набагато менше довжини резонатора.
Малюнок 32. Розподіл квадрата амплітуди оптичного поля | E | 2 і профіль показника заломлення для типової структури ВІЛ на підкладці арсеніду галію
При запису умови (19) для ВІЛ в першу чергу слід врахувати, що оптична хвиля проникає в РБО на деяку глибину, тобто ефективна довжина резонатора L c eff відрізняється від геометричного відстані між дзеркалами (рис. 32). Крім того, для тонких активних верств слід взяти до уваги положення активної області щодо просторового розподілу амплітуди стоячій хвилі оптичного поля в мікрорезонатором, для чого вводиться фактор стоячої хвилі о. Якщо активна область товщиною L act лежить між двома дзеркалами резонатора, то для обчислення фактора стоячої хвилі можна використовувати вираз [4]
, (21)
де в=2р n eff/л c - постійна поширення для розглянутої моди оптичного випромінювання, л c - резонансна довжина хвилі, < i> Z s - зсув між становищем активного шару і максимумом стоячої хвилі. Очевидно, що для тонкої активної області (в L act «1) фактор стоячої хвилі може приймати значення в діапазоні від 0 ( Z s =л c /4 n eff) до 2 ( Z s =0). Для приладів з відносно великими латеральними розмірами (діаметр оптичної апертури більше 3-5 мкм) Г xy ? 1, оскільки можна знехтувати розсіюванням світлової хвилі на краях і вважати розподіл інтенсивності випромінювання по площі приладу однорідним. Тоді, з урахуванням виразу (21), співвідношення (19) приймає вигляд [6]:
(22)
Оцінку принципової можливості реалізації ВІЛ з тим чи іншим оптичним резонатором можна зробити на основі експериментальних характеристик для полоскових лазерів з такою ж активною областю. Зі співвідношень (20) і (21) отримуємо вираз для розрахунку матеріального посилення Полоскова лазера на порозі генерації:
, (23)
де g mod - виміряне Модовая посилення.
Якщо товщина активного матеріалу ВІЛ у порівнянні з Полосковим лазером не змінилася, то для оцінки принципової можливості генерації можна перетворити співвідношення (22). В результаті маємо
(24)
Слід зазначити, що товщина активного шару L act не входить у співвідношення (24). Це особливо важливо при аналізі структур з КТ, де не цілком ясно, що приймати в якості товщини активної області. Вимірявши порогове Модовая посилення для Полоскова лазера і розрахувавши значення K , розподіл амплітуди оптичного поля і відповідні коефіцієнти відбиття верхнього і нижнього дзеркал для конкретного резонатора, можна оцінити можливість досягнення лазерної генерації при певному рівні внутрішніх втрат.
Раніше мною було показано, що оптимізація умов МПЕ дозволяє формувати структури з декількома шарами КТ InAs/InGaAs, що мають високу поверхневу щільність масиву і проявляють яскраву фотолюмінесценцію (ФЛ) в діапазоні довжин хвиль поблизу л= 1.3 мкм без збільшення півширини лінії в порівнянні зі структурами, що містять тільки один шар КТ [6]. У полоскових лазерах з такою активною областю досягаються низкопороговое лазерна генерація ( lt; 80 А/см 2) і висока вихідна потужність у безперервному режимі ( gt; 2.5 Вт) [13]. Однак для структур на основі КТ InGaAs спостерігається насичення підсилення при збільшенні струму інжекції, обумовлене кінцевим значенням поверхневої щільності КТ [7]. Виміряне значення модового оптичного підсилення для довгохвильових торцевих лазерів на основі КТ InAs/InGaAs становить 10-12 см? 1 (рис. 33) при внутрішніх оптичних втратах (1.5 ± 0.3) см? 1 (лазерні структури з трьома шарами КТ, Al 0.8 Ga 0.2 As-емітерами і GaAs-хвилеводом товщиною 0.4 мкм, при ефективній товщині активного шару 5 нм мають Г z =0.017 і K =3.4 • 10 4 см? 1).
Малюнок 33. Залежність модового оптичного підсилення від щільності струму для полоскових лазе...
