Введение к работе
Актуальность темы. Техника полупроводниковых инжекционных лазеров находится в процессе всестороннего развития. Эти приборы уже используются во многих областях науки и техники. Прежде всего это относится к волоконно-оптическим линиям связи, где инжекционные лазеры незаменимы в качестве источников световых сигналов. К их основным достоинствам следует отнести высокий кпд, простоту осуществления накачки и модуляции излучения, высокое быстродействие, малые размеры прибора, незначительную потребляемую мощность, долговечность, возможность монолитной интеграции с другими полупроводниковыми приборами. Однако, широкое применение инжекционных лазеров зачастую ограничивается сложностью технологии изготовления, малой выходной мощностью излучения при широкой диаграмме направленности, явлениями нестабильной генерации, существенным разбросом параметров от прибора к прибору и некоторыми другими факторами.
Шагом вперед по пути решения сложившихся проблем можно считать появление многоэлементных и других сложных лазерных структур, которые требуют проведения исследований по динамике и кодовому составу излучения, модельных экспериментов. Основная вдея интеграции заключается в осуществлении привязки фаз (фазировке) отдельных элементов, входящих в единый прибор. Еазировка приводит к сужению диаграммы направленности и спектра излучения, увеличению мощности, что является результатом когерентного сложения полей связанных излучателей.
Цель работы.
1. Создание распределенной динамической модели
инжекционного лазера с неоднородной поперечной геометрией и
исследование ее возможностей для практических применений.
2. Изучение с помощью компьютерного и аналитического
моделирования модовой структуры и возможных режимов генерации в
сложных лазерных структурах при различной накачке и внутренних
параметрах этих приборов.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
Разработана новая реализация аналитической и численной моделей инжекционного лазера со сложной поперечной геометрией, учитывающая пространственное перераспределение носителей в динамике, что дало возможность выявить ряд механизмов, отвечающих за вид того или иного переходного процесса.
Предложена методика частичного решения обратной задачи динамики: определения волноводного параметра лазера по экспериментальным спектрохронограммам автомодуляционного процесса.
Найден новый подход к классификации и описанию супермод в многоэлементных инжекционных лазерах.
Научная и практическая ценность работы заключается в том, что ее результаты могут быть применены для изучения широкого класса неоднородных в поперечном направлении инжекционных лазеров с разнообразной волноводной структурой. Кроме того, метод определения волноводного параметра позволяет сразу из эксперимента получать практические оценки качества изготавливаемых приборов. Выведенные в работе соотношения, описывающие баланс энергии при генерации поперечных мод, представляют интерес для теоретического описания активных
гических волноводов и инжекционных лазеров.
На защиту выносятся следуицие основные положения:
Создана и исследована самосогласованная распределенная тематическая модель инжекционного лазера со сложной теречной геометрией, реализованная в виде действующей лпыатерной программы .
Методом численного моделирования установлено, что механизм эстранственного выжигания носителей может приводить как к томодовому автомодуляционному процессу, так и к многомодовым зцессам (изменение порядка генерируемой мода, попеременная іерация двух поперечных мод и др.).
.Получены аналитические соотношения, описывающие
зргетический баланс поперечных мод в процессе генерации. На зове указанных соотношений выявлено определяющее влияние яноводного параметра на вид переходного процесса в приборах з бокового оптического ограничения и разработан метод ределения этого параметра инжекционного лазера по зпериментальным зависимостям мощности и частоты излучения от змени с точностью ~ 15.
Установлена тождественность результатов описания модового става излучения многоэлементных приборов как при пользовании теории связанных мод, так и волновой теории, казано, что супермоды в многоэлементных инжекционных лазерах рмируются при взаимодействии между поперечными модами одного рядка, возбуждающимися в отдельных элементах лазера.
Апробация работы. Основные результаты диссертации кладывались на научных семинарах кафедры физики колебаний зического факультета МТУ, на научной конференции
"Ломомосовские чтения" в МГУ, на Международных и Республиканских конференциях (Таллин, 1987; Минск, 1988; Вильнюс, 1989)
Публикации. Основные результаты диссертационной работы представлены в 8 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объеи диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержит 129 страниц, включая 30 страниц рисунков, три таблицы и список литературы из 139 наименований.
