ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оптические поля и распространение воли из "Лазеры на гетероструктурах ТОм 1 " Настоящая глава, посвященная описанию оптических полей и процесса распространения воли в гетероструктурах, предшествует рассмотрению вопросов о вынужденном излучении и гетеропереходах в гл. 3 и 4 соответственно, поскольку для их понимания необходимо знание уравнений Максвелла и вытекающих из них следствий. При написании главы о распространении волн в гетероструктурах должны быть решены две основные проблемы во-первых, технический уровень изложения материала и, во-вторых, выбор вопросов, которые должны быть освещены. Вследствие того что предмет данной книги находится на пересечении многих дисциплин, мы намерены начать с изложения фундаментальных принципов и понятий для тех, кто не знаком с теорией электромагнитного поля, н провести выкладки до того уровня, когда станет возможным количественное описание процесса распространения волн в гетеролазерах. Изложение этих вопросов ведется с существенными подробностями, что помогает читателям, не знакомым с основами теории поля, проследить за выводом необходимых выражений. Вместе с тем более подготовленные читатели могут без ущерба для понимания излагаемых вопросов опустить те параграфы, в которых рассматриваются основы теории. Имеются книги, целиком посвященные оптическим волноводам [1—4], поэтому был проведен тщательный выбор материала, чтобы ограничить число излагаемых тем. Была сделана попытка дать полное описание процесса распространения волн в обычно встречающихся типах гетеролазеров. [c.32] В 3 дано описание ДГС-лазера как диэлектрического волновода, а в 4 рассматривается распространение волны в симметричном трехслойиом плоском диэлектрическом волноводе. Центральный слой — это область в ДГС-лазере, в которой происходит генерация света и которая называется активным слоем. Трехмерное волновое уравнение для электрического поля оптической частоты выводится из уравнений Максвелла. Далее выводится дифференциальное уравнение, описывающее распространение электрического поля, поляризованного перпендикулярно направлению распространения, — поперечного электрического поля (ТЕ). Аналогичные уравнения описывают поперечные магнитные поля (ТМ), в которых магнитное поле поляризовано перпендикулярно направлению распространения. Эти поля зависят от двух пространственных переменных и времени, и решение волнового уравнения для них получается методом разделения переменных. Как следует из решений волновых уравнений, показатель преломления активного слоя должен быть больше показателей преломления прилегающих слоев, чтобы в трехслойной структуре происходило волноводное распространение излучения. Граничные условия для электрического и магнитного полей также выводятся из уравнений Максвелла. Применение этих граничных условий на границах раздела диэлектриков (гетеропереходах) приводит к дисперсионному уравнению, являющемуся уравнением на собственные значения, которое дает набор дискретных значений постоянной распространения. Получающиеся для этих дискретных значений конфигурации электрического и магнитного полей называются модами. [c.33] Картина излучения в дальней зоне, представляющая большой интерес для исследования гетеролазеров, рассматривается в 7. Показано, что вычисленная зависимость интенсивности излучения в дальней зоне от угла в, отсчитываемого от нормали к поверхности в направлении, перпендикулярном плоскости р — п-перехода, содержит множитель os O, который часто опускают. В этом же параграфе проведено сравнение экспериментальной и рассчитанной картин излучения в дальней зоне для симметричных ДГС-лазеров. [c.34] Отражение на зеркальных гранях гетеролазеров обеспечивает для излучения обратную связь, необходимую для генерации, и влияет на ряд свойств гетеролазеров. В 8 показано, что отражение на гранях приводит к выбору ТЕ-поляризации как преобладающей для излучения ДГС-лазеров. Коэффициент отражения на гранях входит в выражение для плотности порогового тока ( 8 гл. 3), а также влияет ( 4 гл. 7) на значение толщины активного слоя, при котором наблюдаются моды высшего порядка, определяющие распределение поля в направлении, перпендикулярном плоскости р — -перехода. [c.34] В 10 показано, что обратная связь для излучения может быть получена за счет периодического изменения показателя преломления внутри оптического резонатора, а не только путем скалывания или полировки зеркал диода. Структуры, использующие этот метод получения обратной связи, называются лазерами с распределенной обратной связью (РОС) или с распределенным брэгговским отражателем (РБО) и могут быть использованы как лазерные источники в интегральной оптике. Показано, что передача энергии между встречными волнами происходит тогда, когда периодичность изменения показателя преломления удовлетворяет известным условиям Брэгга, связывающим период изменения с длиной волны излучения. Коэффициент связи определяет количество передаваемой энергии. Его численные значения приводятся для GaAs—АиОа1 А5-лазера с РОС. [c.35] Вернуться к основной статье