Способ определения суммарных потерь в активной области полупроводникового лазера

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУММАРНЫХ ПОТЕРЬ В АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Козлов Владимир Леонидович Стецик Виктор Михайлович Ушаков Дмитрий Владимирович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ определения суммарных потерь в активной области полупроводникового лазера, в котором потери в активной области определяют по разности порогового тока генерации излучения и порогового тока инверсии, отличающийся тем, что часть излучения лазера с помощью дополнительного зеркала возвращают в его активную область, получают ватт-амперную характеристику лазера при помощи анализатора, ось пропускания которого совпадает с плоскостью поляризации лазерного излучения, по ватт-амперной характеристике определяют пороговый ток генерации и пороговый ток инверсии, причем пороговый ток инверсии определяют по точке излома ватт-амперной характеристики в предпороговом режиме. Фиг. 1 Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения и может быть использовано для измерения пороговых характеристик и качества активной области полупроводникового лазера. Известно, что при превышении тока инверсии полупроводникового лазера, активная область лазера переходит из режима поглощения излучения в режим усиления излучения 1. Известен метод измерения порогового тока инверсии полупроводникового лазера 2,17171 1 2013.06.30 основанный на облучении активной области измеряемого лазера излучением дополнительного лазера, имеющего аналогичную структуру и излучающего в центре контура усиления активной области измеряемого лазера. Однако данная система обладает сложностью конструкции, обусловленной обязательным наличием дополнительного лазера. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ измерения порогового тока инверсии полупроводникового лазера 3, в котором часть излучения с помощью дополнительного зеркала возвращают в активную область и измеряют ватт-амперную характеристику лазера в предпороговом режиме, при этом ток инверсии определяют по точке излома ватт-амперной характеристики. Однако этот способ не позволяет определять величину суммарных потерь в активной области полупроводникового лазера. Задача изобретения - обеспечение возможности определять величину суммарных потерь в активной области полупроводникового лазера. Решение этой задачи имеет важное значение как для определения потерь в активной области при разработке новых структур полупроводниковых лазерных излучателей, так и для контроля качества активной области полупроводниковых лазеров при их серийном производстве. Для решения поставленной задачи в способе определения суммарных потерь в активной области полупроводникового лазера, в котором потери в активной области определяют по разности порогового тока генерации излучения и порогового тока инверсии, часть излучения лазера с помощью дополнительного зеркала возвращают в его активную область, получают ватт-амперную характеристику лазера при помощи анализатора, ось пропускания которого совпадает с плоскостью поляризации лазерного излучения, по ваттамперной характеристике определяют пороговый ток генерации и пороговый ток инверсии, причем пороговый ток инверсии определяют по точке излома ватт-амперной характеристики в предпороговом режиме. На фиг. 1 представлена функциональная схема, реализующая предлагаемый способ, а на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Система содержит измеряемый полупроводниковый лазер 1, зеркало 2, блок питания лазера 3, анализатор 4, фотоприемник 5, измерительный блок 6. Выражение, связывающее пороговую плотность тока инверсии инв и пороговую плотность тока генерации ген полупроводникового лазера, имеет вид 1 генинв 1,п где п - коэффициент потерь в активной области лазера, -1 - коэффициент пропорциональности,1. Из приведенного выражения следует, что в идеальной по качеству активной области,коэффициент потерь которой равен нулю п 0, пороговый ток генерации ген будет равен пороговому току инверсии инв. Если качество активной области неидеально, т.е. суммарное значение потерь в активной области не равно нулю п 0, то о качестве активной области (величине потерь) можно судить по разности порогового тока генерации ген и порогового тока инверсии инв. Система, реализующая предложенный способ определения качества активной области полупроводникового лазера, работает следующим образом. Ток инжекции измеряемого полупроводникового лазера 1 регулируется блоком питания лазера 3. Лазер 1 имеет два полупрозрачных зеркала резонатора, поэтому оптическое излучение выводится в обе стороны. С одной стороны лазера располагаются анализатор 4 и фотоприемник 5, который фиксирует мощность оптического излучения лазера. С другой стороны лазера располагается зеркало 2. Излучение лазера 1 отражается зеркалом 2 и направляется обратно в активную область лазера. В зависимости от величины тока инжекции активная область может быть либо поглощающей средой (отсутствует инверсия населенности), либо усиливающей средой (наличие инверсии населенности). Следовательно, введенное обратно в активную область излучение будет либо поглощаться, либо усиливаться. Информационные сигналы, характеризующие величину тока инжекции с блока 3 и мощность оптиче 2 17171 1 2013.06.30 ского излучения с фотоприемника 5, поступают в измерительный блок 6, где определяется ватт-амперная характеристика лазера. Как только в активной области появляется инверсия, активная область становится средой, усиливающей оптическое излучение. Следовательно, излучение, отраженное от зеркала 2, при прохождении активной области будет не поглощаться, а усиливаться. Это приведет к скачкообразному возрастанию мощности излучения на фотоприемнике 3, а следовательно, к излому ватт-амперной характеристики(фиг. 2), регистрируемой блоком 5. Таким образом, излом ватт-амперной характеристики соответствует пороговому значению тока инверсии инв полупроводникового лазера. При дальнейшем увеличении тока инжекции происходит генерация лазерного излучения и соответственно определяется пороговое значение тока генерации ген. По разности порогового тока генерации ген и порогового тока инверсии инв определяется величина суммарных потерь в активной области полупроводникового лазера. Спонтанное излучение активной области полупроводникового лазера в предпороговом режиме слабо поляризовано. Когда в активной области появляется инверсия населенности и активная область становится усиливающей средой, степень поляризации излучения возрастает. Следовательно, использование анализатора, угол плоскости поляризации которого совпадает с плоскостью поляризации излучения, обеспечит повышение точности измерения излома ватт-амперной характеристики, а значит, порогового тока инверсии по сравнению с прототипом 3. При превышении порогового тока генерации степень поляризации излучения лазера достигает 99 , и в этом случае использование анализатора также обеспечит повышение точности измерения порогового тока генерации по анализу ватт-амперной характеристики. Таким образом, измеряя ватт-амперную характеристику с использованием анализатора,ось пропускания которого совпадает с плоскостью поляризации лазерного излучения, определяется величина суммарных потерь в активной области полупроводникового лазера (качество активной области) по разности порогового тока генерации и порогового тока инверсии. Источники информации 1. Грибковский А.Н. Полупроводниковые лазеры. - Минск Университетское, 1988. С. 94-100. 2.Ван Лык, Елисеев П.Г., Манько М.А. О применении полупроводниковых резонансных усилителей и лазеров для приема и передачи оптических сигналов // Труды ФИАН,1987. - Т. 185. - С. 54-57. 3. Патент РБ 11935, 2009. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3