自觉辐射噪声是必需切磋的,振幅反射率

自觉辐射噪声是必需切磋的,振幅反射率

更新时间:2019-06-15 17:49点击数:文字大小:

  第二章光注入半导体激光器的速度方程模子 2.1 光反应半导体激光器 光反应或光注入半导体激光器的速度方程是解析和模仿体系性格的外面根柢,本节先推 导光反应半导体激光器的电场速度方程―Lang-Kobayashi 方程 [29] ,并解析了振荡条目。为 容易解析,将半导体激光器的参量及各参量的联系辞别列入外2-1 和外2-2。 外2-1 激光器参量的旨趣 符号 物理量 单元 载流子寿命ns 光子寿命ps 波长nm 外2-2 参量之间的联系 Table 2-2 Relationships parameters损耗 int 2L)ln( BNCN intth thth 2.1.1光反应半导体激光器速度方程 图2-1 光反应Fabry-Perot 谐振腔示妄图 太道理工大学硕士探索生学位论文 图2-1为光反应的示妄图,激光谐振腔两头面的反射率辞别为 辞别示意正向、负向宣传的时变电场的复振幅。激光的动态转化作为取决于增益,因而可能将增益行为算子。激光正在腔内环行一次的增 intexp( (2-1)将其变为指数局面,上式可变为 int exp( (2-2)此中 随工夫的转化将导致介质折射率和振荡频率的转化。因而将波数正在无光反应阈值点( th thth th th th (2-3)此中, ,此中:频率无闭项 intexp[ thth (2-4)频率闭连项 thth th (2-5)因为 thth 的整数倍,而且角频率为的单色波电场餍足联系式 改写为算子exp( (2-6)因为激光器振荡频率正在阈值邻近,即 th 可引入慢转化复电场振幅 (2-7)太道理工大学硕士探索生学位论文 此中th (2-8)现实上,算子exp( ,因而联络(2-6)、(2-7)和(2-8)式,可得复电场的差分方程 (2-9)此中, 为进入谐振腔的反应电场复振幅。因为光子正在谐振腔内环行一次的工夫很短(约7ps),慢转化振幅 正在一次环行内的转化很小,是以差分方程(2-9)可能近似为一阶微分方程 (2-10)上式注解,激光腔内端面 是正向电场复振幅的反射个别与反应电场复振幅的总和。思索反射镜的无穷次反射,以及谐振腔外端面反射的半 波失掉,即z (2-11)对付弱光反应情形,即外部反射镜的反射率相对付激光器端面反射率较小时,可能只考 虑单次反射,此时 即可称为反应延迟工夫。漠视(2-11)中的高次项即可取得弱反应电场复 振幅,代入(2-10),同时思索激光振荡时 ,即可取得光反应半导体激光器的电场速度方程,即Lang-Kobayashi 方程: (2-12)此中, ,为反应强度参量,示意反应光与输出端面处内反射光的电场幅度之比, 为微分增益。太道理工大学硕士探索生学位论文 (2-13)是半导体激光器的线宽加强因子,其类型值正在3 7之间。折射率和增益辞别相干着激光相 位和强度, 即示意载流子转化导致的激光相位转化和强度转化的耦合,其显露为线 速度方程的调解及方程的参量 为容易推算,Lang-Kobayashi 方程描写的复电场速度方程可能差别成光子密度速度方程 和相位速度方程。思索到自觉辐射、增益饱和等现实要素,载流子密度、光子密度以及相位 的速度方程如下: dteV (2-16)此中 示意反应引入的相对相位。上述完备的速度方程是对(2-12)式做了以下调解: 自觉辐射载流子自觉辐射爆发随机相位随机频率的光子,可是总有一个别是与激光振荡形式相 同,即自觉辐射也对振荡形式有进献。显露正在两方面:其一,自觉辐射进入振荡形式的光子 的均匀后果推广了光子数,则光子密度速度方程应推广右面第一项 发辐射系数;其二,自觉辐射的光子的数目、相位的随机性引入了噪声。若要探索光谱性格、噪声性格等,自觉辐射噪声是务必思索的,三个速度方程的结果一项即示意自觉辐射噪声引 起的转化速度。 称为Langevin噪声项,详睹附录1。 (2-18)太道理工大学硕士探索生学位论文 非线性增益对付高光子密度,即激光输出功率较大时,激光器现实上显露出增益饱和外象。因而对 速度方程引入非线)此中 为增益饱和系数。 2.1.3 阈值及单纵模振荡条目 图2-2 光反应的等效复合谐振腔 图2-1 所示的光反应半导体激光器可等价于一个图2-2 所示的复合谐振腔。使用行波放 大模子,可得复合腔的振荡条目: intexp( (2-21)此中, eff 、外部反射镜强度反射率 为复合腔的增益。正在不思索强反应情形下,只思索外部反射镜的单次反射,由漠视高次项的(2-11)式,可 得有用振幅反射率的外达式: (2-22)由振荡条目式(2-21)并与无反应半导体激光器谐振腔的振荡条目式比拟,复合腔的谐振条目 可示意为: thth sin(2arctan (2-24)太道理工大学硕士探索生学位论文 此中,th 辞别是无反应时半导体激光器的阈值增益和振荡频率,为线宽加强因子。 示意复合腔内往返相位转化较LD 腔内的往返相位转化爆发的偏移,它是由有源区折射率和振荡频 率的转化以及反应光引入的相位延迟等要素酿成的。由于要餍足振荡的相位条目,此偏移量 务必为零,即 的解为振荡的形式频率。振荡形式对应的阈值增益可由(2-23)式得出。令反应系数 唯有一个解。因而,光反应半导体激光器单纵模输出的须要条目是:反应光的强度和相位应餍足 cos(2arctan (2-25)分明对付餍足 的光反应,无论反应相位(或反应工夫)奈何,激光器总能输出褂讪的 单模振荡。 图2-3 时(a)相移和(b)归一化增益差与频率的联系(参量值为5.5 的弧线与横轴的交点对应于激光器的振荡形式;图2-3(b)是对应的阈值增益。如图可知, 时唯有一个形式振荡,且其频率偏离无反应时激光器的振荡频率th 。光反应导致激光振荡频率偏移的最大值可由相位条目式(2-24)得出 (2-26)太道理工大学硕士探索生学位论文 取决于反应强度,而与反应工夫无闭。2.2 光注入半导体激光器速度方程 现实上光反应是光注入的一种独特情形,即其外部注入到激光有源区的光来自于激光器 自己。因而犹如于光反应半导体激光器的 Lang-Kobayashi 方程,光注入半导体激光器的速 率方程为 injth (2-27)此中: inj th 为注入光的复振幅,包括着注入光的相位音信;注入强度 为注入光功率与激光器输出光功率的比值。 符号 物理量 单元 电量1.610 -19 有源区体积110 -16 载流子寿命2ns 光子寿命1.6ps 谐振腔的单次环行工夫7ps 腔内损耗25cm -1 等效的端面损耗(κL=2)47cm -1 等效端面强度反射率0.25 束缚因子0.25 th 阈值载流子密度8.410 23 透后载流子密度3.410 23 增益饱和系数310 -23 微分增益510 -12 自觉辐射因子110 -4 波长1550nm


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