13-ma’ruza. Lazer diodlari, ularning xarakteristika va parametrlari

4. Geteroo‘tishli lazer diodlari, ularning xarakteristikalari va parametrlari
Lazer generatsiyasi chog‘ida tok bo‘yicha va optik yo‘qotishlarni kamaytirish uchun n turdagi keng energetik sohali va r turdagi tor energetik sohali yarim o‘tkazgichlardan tarkib topgan geteroo‘tishlardan foydalaniladi. Bunda hatto aynimagan yarim o‘tkazgichlardan tayyorlangan o‘tishlarda ham, tor energetik sohali yarim o‘tkazgich man etilgan energetik sohasining kengligiga qaraganda kattaroq to‘g‘ri yo‘nalishdagi kuchlanishlarda energetik sathlarning teskari egallanganligi yuz beradi.
Bir tomonlama geterotuzilishli lazerlarda aktiv sohaga bevosita yondosh bo‘lgan p turdagi GaAs qatlamiga unga qaraganda kengroq energetik sohali p turdagi GaAlAs qatlami o‘stiriladi. Bunday tuzilmada aktiv soha orqali o‘tib, kovaklar bilan rekombinatsiya qilishga ulgurmagan elektronlar ΔW_m.e.s balanlikka ega bo‘lgan potensial to‘siq mavjudligi tufayli keng energetik sohali p turdagi GaAlAs yarim o‘tkazgichining o‘tkazuvchanlik energetik sohasiga o‘ta olmaydi. Elektronlar bu potensial to‘siqdan qaytib, qaytadan aktiv sohaga tushadilar va katta ehtimollik bilan kovaklar bilan rekombinatsiya qiladilar. Bu hol generatsiya jarayoni kvant samaradorligining muhim tarzda ortishiga olib keladi.


­­­a)
3.13-rasm. Bir tomonlama geteroo‘tishli lazer:
tuzilishi (a); energetik diagrammasi (b); geteroo‘tuzilma
bo‘ylab sindirish ko‘rsatgichining taqsimoti (v).


Bundan tashqari geterotuzilmada to‘lqin uzatish bilan bog‘liq hodisa yuz beradi. Darhaqiqat, uch qatlamli tuzilmada n₂ sindirish ko‘rsatgichiga ega bo‘lgan aktiv soha sindirish ko‘rsatgichlari n₁ va n₃ bo‘lgan aktiv bo‘lmagan sohalar orasiga joylashgan.
Agar sindirish ko‘rsatgichlari
n₂>n₁≥n₃ (3.12)
shartni qanoatlantirsa, yorug‘lik nurining 1- va 2- qatlamlar chegarasiga tushish burchagi θ₁₂ ning qiymati quyidagi tenglama bilan aniqlanadigan
kritik qiymatdan katta bo‘ladi (3.14-rasm):
θ_kr=arcsin(n₁/n₂) (3.13)
Shunga o‘xshash holat 2- va 3- qatlamlar chegarasida ham kuzatiladi. Shunday qilib, agar aktiv qatlamning sindirish ko‘rsatgichi uni yon tomonlardan o‘rab turgan qatlamlarning sindirish ko‘rsatgichlaridan katta bo‘lsa, ya’ni (3.12) tengsizlik bajarilsa, elektromagnit nurlanish qatlamlar chegarasi tekisligiga parallel ravishda tarqaladi.

3.14. Geteroo‘tishli tuzilmalarda to‘lqin uzatish.


Natijada, to‘lqin uzatish hodisasi nurlanishning aktiv sohadan aktiv bo‘lmagan qo‘shni sohalarga o‘tishiga to‘sqinlik qiladi, ya’ni optik yo‘qotishlarni kamaytirishga ko‘maklashadi. Sindirish ko‘rsatgichining o‘tishdagi o‘zgarishi 10% gacha bo‘lganida, nurlanishning cheklanishi yorqin namoyon bo‘ladi. Bunga faqat geteroo‘tishlar yordamida erishish mumkin. Gomo tuzilishli lazerlarda aktiv sohaning sindirish ko‘rsatgichi qo‘shni sohalarning sindirish ko‘rsatgichlaridan atigi 0,1-1% ga farq qilishi mumkin. Shu sababdan bir tomonlama geteroo‘tishli lazerlarda nurlanishning keskin cheklanishiga faqat geteroo‘tish chegerasidagina (2- va 3- qatlamlar orasidagina) erishiladi.
Yuqorida zikr etilgan ikkala omilning birgalikdagi ta’siri damlash bo‘sag‘a toki qiymatning 20...100 kA/sm² dan 7...40ka/sm² gacha kamayishiga va bir vaqtning o‘zida energetik diagramma og‘ish burchagining tangensi bilan aniqlanuvchi differensial kvant samaradorlikning 15...20%dan 35-50%gacha ortishiga olib keladi. Bir tomomnlama geteroo‘tishli tuzilmalar impulsli injeksion lazerlarda keng qo‘llaniladi. LPI va ILPI turidagi lazer diodlarida chastotalar ketma-ketligining oralig‘i 10 kGs ga teng bo‘lganida nurlanishning impuls quvvati 1..25 vt ni tashkil etadi.