Разработка мощных полупроводниковых лазеров в спектральном диапазоне 850-950нм для генерации коротких импульсов (1-3нс)

Отчет 18 с., 10 рис. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЛАЗЕРЫ, ИМПУЛЬСНАЯ НАКАЧКА, ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ПИКОВАЯ МОЩНОСТЬ, СПЕКТР ГЕНЕРАЦИИ, МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ Статические и динамические характеристики полупроводниковых лазеров, работающих в спектральном диапазоне 850-950нм, определяют ключевые предельные характеристики приборов на их основе. Целью работы является построение одномерной и двумерной динамических моделей мощных импульсных полупроводниковых лазеров, создание лабораторных образцов импульсных полупроводниковых лазеров с накачкой внешним генератором (длительность импульса менее 20нс), отработка методик измерения излучательных характеристик импульсных полупроводниковых лазеров. Для построения численной динамической модели полупроводникового лазера в качестве базы применена дрейф-диффузионная модель транспорта свободных носителей заряда в полупроводнике, в которой концентрации носителей зависят от времени, дополняемая в случае двумерного расчёта концентраций носителей заряда и фотонов (вдоль резонатора) скоростным уравнением для концентрации фотонов. Для создания экспериментальных образцов модельного дизайна спроектирована лазерная гетероструктура на длину волны 940 нм на основе концепции асимметричного по толщине волновода, размещённого в асимметричных по составу эмиттерах, в системе материалов InGaAs/AlGaAs/GaAs. В волноводе структуры активная область смещена в сторону p-эмиттера, а профиль легирования асимметричных по составу эмиттеров был оптимизирован, что обеспечило минимальные внутренние оптические потери в лазерах. При непрерывной накачке достигнут КПД > 70%, пиковая мощность менялась линейно с током накачки и составила более 10Вт при работе в импульсном режиме (длительность импульса на полувысоте 15нс, частота повторения импульсов 1кГц) в спектральном диапазоне 850-950нм. В ходе измерений применялись модифицированные методики получения спектров лазерной генерации и определения оптической мощности лазера при импульсной накачке, благодаря чему обеспечена высокая надёжность и воспроизводимость результатов измерений. Отмечена возможность создания на базе разработанной лазерной гетероструктуры гибридного вертикального стека или эпитаксиально-интегрированных лазерных гетероструктур для кратного увеличения выходной оптической мощности полупроводниковых лазеров, работающих в импульсном режиме 15нс/1кГц.