半導體雷射器的瞬態特性
正文
半導體雷射器從某一穩定工作狀態過渡到另一穩定工作狀態的過程中所出現的瞬態現象,或對階躍電流的回響。主要有激射延遲、張弛振盪和自脈動。這些現象限制著半導體雷射器振幅調製或頻率調製的性能,特別是最高調製速率。激射延遲 半導體雷射器加上階躍電流後,不會立即發射具有相干性的雷射。最初是產生不相干的自發發射,並不斷增強。從PN結注入到半導體雷射器諧振腔有源區中的非平衡載流子濃度N在自發複合過程(其壽命時間為τ
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張弛振盪 正常的半導體雷射器在加上階躍電流後約經td時間產生的激射,往往是以超過相應穩態值埅很多的很窄(~10-11秒)尖峰出現,然後再在埅上下作阻尼振盪,約經阻尼時間τ≈2τ
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自脈動 半導體雷射器加上一定大小範圍的階躍電流 (j>jth)經td後也可出現不衰減的周期性窄尖峰脈動,這稱為自脈動。其脈動頻率也是fi量級,並隨注入電流增加而提高(約為0.1~2吉赫)。產生自脈動時,雷射光譜包絡變寬,每條譜線也變寬(比穩態線約增寬一倍)。這種瞬態現象雖不如前兩種普遍,但對調製性能和調製速率影響更大。可利用這種現象作高重複頻率(吉赫級)窄光脈衝(皮秒級)源和雙穩雷射器。產生自脈動的原因是:①由於半導體雷射器有源諧振腔內雷射本徵噪聲頻譜存在一個尖峰,其頻率也在fi量級並隨注入電流增加而提高,因而可能受其激發的自鎖模過程;②由器件結構本身存在的或由工藝不完善性造成的均勻分布(或不均勻分布)的某種可飽和吸收體,引起重複性內Q開關過程。因此,改進工藝(消除微觀及巨觀缺陷),採用適當的器件結構(例如使其具有自建折射率波導),就有可能避免自脈動的產生。減小條寬,使γ增大也可抑制自脈動,但這時雷射光譜包絡將變寬,超輻射將增強,基橫模遠場將出現雙峰。
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