Введение к работе
Диссертационная работа посвящен; экспериментальному исследованию динамических характеристик излучения многоэле-ментных инфекционных лазеров (ИЛ) различных конструкций, различающихся числом активных элементов и способами их взаимной синхронизации. Тема диссертации связана с выполнением на квфедре научно-исследовательских работ по теме "Исследование Оыстропротекаодих процессов в приборах и материалах твердотельной электроники", а также ряда хоздоговорных работ, совместных с НПО "Полюс".
Актуальность темы. Интерес к изучению многоэлементных фазированных инжекционны. лазеров (МФИЛ) (рис. I) обусловлен возможностью создания на их основе экономичных мощных остронаправленных излучателей, перспективных для таких приложений, как локация и оптическая связь, голография, накачка твердотельных лазеров, ИК спектроскопия и т.д. Постоянное совершенствование технологии изготовления полупроводниковых мкогоэле-ментных лазерных структур стимулирует изучение физических принципов их работы, преаде всего, поиска возможности установления устойчивой синфазной генерации излучателей, формирующей остронаправленный пучок излучения. Поэтому детальное изучение процессов- установления генерации и дашамических характеристик МИЛ представляет несомненный научный и практический интерес.
Цель и задачи работы.
-
Разработка радиофизических методов комплексного исследования динамических характеристик излучения МФИЯ.
-
Детальное экспериментальное изучение динамики излуче-
ния МФИЛ различных конструкций и их базовых элементов.
3. Оценка на основе полученных результатов свойств полупроводниковых гетероструктур и выработка рекомендаций по их дальнейшему совершенствованию.
Научная новизна.
-
На основе электронно-оптической хронографии, спектроскопии ближнего ИК диапазона разработаны специальные методы регистрации разрешенных во времени (до Ю-11 с) пространственных и спектральных распределений интенсивности излучения применительно к наблюдению многоэлементных ШТ.
-
Исследована динамика многоканального режима импульсной генерации ИЛ с широким контактом в условиях присутствия технологической неоднородности активного слоя, характерной для структур, изготовленных методом жидкофазнои эпьтаксии (ЖФЭ) в системе AlGaAs/GaAs. Исследован способ улучшения динамических спектральных характеристик отдельного канала генерации (одноэлементного ИЛ) на основе использования боковой изоляции за счет встречных р-n переходов .
-
Проведено комплексное экспериментальное исследование динамики излучения различных типов AlGaAs/GaAs МФИЛ на основе ЕФЭ в условиях прямой импульсной токовой модуляции с целью анализа возможностей контроля модового состава излучения. Рассмотрена возможность реализации синфазного режима генерации МФИЛ как в волноводных структурах с параллельным расположением однородных по оси резонатора излучателей, так и на основе более сложных структур, в частности, использующих симметричные Y-разБетвители для связи излучателей (Y-лазеры).
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные методы исследования и полученные результаты
могут быть использованы при создании новых структур МФИЛ, обладающих близкой к дифракционному пределу расходимостью излучения при высоких уровнях оптическ я мощности, а также служить основой методов оценки их динамических характеристик. На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Создан радиофизический исследовательский комплекс для
изучения динамических характеристик излучения ИЛ, позволяющий
на основе метода электронно-оптической хронографии и спект
ральных методов регистрировать статические и динамические
характеристики излучения с временным- разрешением * 10~11 с,
пространственным * 0,75 мкм, спектральным «< 0,13 А.
2. Модифицированы традиционные методики регистрации
динамических характерне zk излучения применительно к наблюде
нию многоэлементных ИЛ на основе возможности одновременного
наблюдения распределений интенсивности излучения с двух зер
кал резонатора, а также способа регистрации пространственно
разрешенных спектрохронограмм излучения, позволяющего наблю
дать мгновенную пространственную структуру каждой генерируе
мой моды МФИЛ при непрерывной развертке во времени его спект
ра излучения.
3. Особенности нерегулярного многоканального многомодо-
вого режима генерации инфекционных лазеров с широким контак
том на основе ЖФЭ не позволяют реализовать стационарный режим
генерации, а также, формировать остронаправленную диаграмму
направленности (ДН) излучения без введения в их. структуру
специальных методов контроля генерации в каналах. С другой
стороны, формирование оптического ограничения для отдельного
канала генерации (полоскового ИЛ) позволило удержать одномо-
довую генерацию при прямой модуляции мощности излучения со
- б -
скоростью до І ГОит/с в широком диапазоне токов иакачки.
-
Реализация синфазного режима генерэции ЫФИЛ и дости-еєішє дифракционного предела расходимости излучения требует использования волноводных структур с Солее слоїшоя геометрией по сравнении с параллельным расположением однородных по оси резонатора излучателей, в частности, положительный результат дает использование в качестве элементов, связунцих излучатели, симметричных Y-разветвителея.
-
Наблюдение разрешенных во времени пространственноя и спектральной структур излучения позволило детально изучить причины'невозможности реализации остронаправленной генерации МФИЛ с параллельными однородными волноводами, одномодовоя стационарной генерации ряда структур с разветвленной геометрией волновода; определить причины ухудшения при высоких уровнях накачки присущей Y-лазераы селективности синфазного типа колебаний, в результате чего происходило уширение ДН в плоскости гетероперехода с 2е до 40*.
Личный вклад автора заключается в совершенствовании экспериментальной методики и исследовании методом электронно-оптической хронографии процессов установления рекима генерации связанных излучателей и динамических характеристик различных структур многоэлементных ИЛ.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научных семинара кафедры физики колебаний физического факультета МТУ, МИФИ, ФИАН, а также на мездународноп, республиканской конференциях, конференции МТУ "Ломоносовские чтения".
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, список которых приводится
в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четыре:: глав, заключения и списа цитируемой литературы, содержит 192 страниц, включая 69 рисунков и список литературы из 153 наименований.
