Введение к работе
Диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию проблемы фазировки излучения многоэлементных инжекциондах лазеров (ИЛ), а также ИЛ с широким контактом, изготовленных с использованием современных полупроводниковых технологий на основе двойных гетероструктур (ДГС) и гетеро-структур с квантово-размерноа (КР) активной областью. Тема диссертации связана с выполнением на кафедре физики колебаний физического факультета МГУ научно - исследовательских работ по теме "Исследование быстропротекающих процессов в приборах и материалах твердотельной электроники", а также ряда совместных с НИИ "Полюс" разработок.
Актуальность темы. Интерес к исследованию фазировки излучения ИЛ обусловлен возможностью использования их в качестве миниатюрных мощных источников когерентного излучения с высоким КПД, обеспечивающих прямую модуляцию излучения с частотой порядка нескольких гигагерц. Источники когерентного излучения с такими параметрами открывают широкие возможности для дальнейшего развития и совершенствования открытых оптических линий связи, устройств оптической обработки информации, ИК спектроскопии, систем лазерной дальнометрии и т.д. Помимо чисто прикладного значения, исследование режимов генерации многоэлементных ИЛ представляет несомненный научный интерес. Проблема фазировки полупроводниковых лазерных систем затрагивает широкий спектр принципиальных научных вопросов, начиная с теории выращивания гетероструктур с заданными параметрами и кончая синхронизацией нелинейных динамических систем, состоящих из нескольких квантовых генераторов.
Цель и задачи работы.
Экспериментальное исследование причин, вызывающих срыв од-номодового режима генерации ДГС многоэлементных фазированных ИЛ (МФИЛ), профиль усиления которых имеет максимум на оси резонатора (МФИЛ с неоднородным Л-обрззным профилем усиления).
Теоретическое и экспериментальное исследование режимов генерации КР МФИЛ с дифракционной связью и неоднородным профилем усиления.
Совершенствование методики исследования зависимости показателя преломления активной области ИЛ от концентрации носителей заряда. Проведение сравнительного анализа этой зависимости для ИЛ с различной толщиной активного слоя.
Исследование влияния эффекта ослабления самофокусировки на режимы, генерации KF ИЛ с различной шириной однородной активной области.
Научная новизна.
Исследована динамика режимов генерации ДГС AlGaAs МФИЛ с неоднородным профилем усиления.
Предложен многоэлементный ИЛ с дифракционной связью и неоднородным профилем усиления. Создана его физическая модель. На ее основе решена задача определения оптимальных размеров лазерной структуры, обеспечивающих различные режимы фазировки.
Усовершенствована методика исследования зависимости показателя преломления активной области ИЛ от концентрации носителей заряда.
Исследована динамика многоканального режима генерации излучения в КР AlGaAs ИЛ с различной шириной однородной активной
области.
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы при создании новых и совершенствовании существующих ИЛ с большим уровнем ВЫХОДНОЙ оптической мощности и высокой пространственной когерентностью излучения.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Причинами срыва одномодовой генерации многоэлементных ДТС AlGaAs ИЛ с неоднородным Л-образным профилем усиления, сформированным путем подбора ширины излучателей, являются изменение заданного профиля усиления и возбуждение неаксиальных типов колебаний в активных волноводах с поперечным сечением больше 5 мкм.
Изменение длины дифракционной области многоэлементного ИЯ с дифракционной связью и заданным профилем усиления позволяет эффективно контролировать амплитуду и фазу комплексного коэффициента связи и устанавливать различные режимы фазировки излучения. За счет подбора ширины двух крайних волноводов синфазная супермода имеет прямоугольную огибающую интенсивности излучения в ближнем поле.
Модифицированная установка для исследования зависимости показателя преломления активной области ШІ от концентрации носителей заряда, обеспечиваицая точность измерения смещения длины волны излучения ± 0,005 нм.
При одинаковом изменении концентрации носителей заряда абсолютное изменение показателя преломления активной области отечественного КР AlGaAs ШІ практически в два раза меньше, чем для ДТС AlGaAs ИЛ с толщиной активной области 0,11 мкм.
Следствием ослабления самофокусировки является устойчивая
фазированная многоканальная генерация КР AlGaAs ИЛ с широким контактом и однородной активной областью. Поперечный размер каналов генерации составляет 8..10 мкм, а расстояние между их центрами - 15 мкм.
Личный вклад автора заключен в теоретическом и экспериментальном исследовании различных конструкции ДТС и КР ИЛ с высоким уровнем мощности излучения и остронаправленной ДН.
Апробация работы. Результаты диссертации работы докладывались на научных семинарах кафедры физики колебаний физического факультета МГУ, МИРЗА, а также на:
конференции "Физика полупроводниковых лазеров" (Вильнюс, 1989).
Всесоюзном научном семинаре "Математическое моделирование и применение явлений дифракции" (Москва, 1990);
XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград, 1991);
И-ой Всесоюзной конференции "Физические проблемы оптической связи и обработки информации" (Севастополь, 1991).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений, содержит 173 страницы, включающих 59 рисунков, I таблицу, 5 приложений и список литературы из 215 наименований.
