АННОТАЦИЯ
Полупроводниковые инжекционные лазеры получают все более широкое практическое применение. Массовые масштабы имеет их использование в волоконно-оптических системах передачи информации. За последнее время к исследованиям и разработкам в области лазеров этого типа привлечено много новых специалистов. Резко возросло количество научных публикаций в периодической печати.
В данной книге представлены и кратко обсуждены главные проблемы физики лазерных полупроводниковых устройств инжекционного типа. Экспериментальные данные включены, главным образом, в виде примеров к отдельным параграфам и таблиц. Учтены новейшие научные результаты, относящиеся к гетеролазерам на основе многокомпонентных (четверных) систем твердых растворов. Рассмотрены более подробно механизм излучательных переходов, механизм накачки, закономерности формирования спектра лазерного излучения, некоторые нелинейные оптические явления, характерные для инжекционных лазеров.
*
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 5
Глава 1. Вводная 6
§ 1.1. Краткий очерк истории вопроса 6
§ 1.2. Полупроводниковые лазеры и их разновидности 16
§ 1.3. Принцип действия инжекционного лазера .. 19
Глава 2. Структуры и материалы для инжекционных лазеров 25
§ 2.1. Устройство и основные разновидности лазерных структур . 25
§ 2.2. Резонаторы инжекционных лазеров 34
§ 2.3. Полупроводники, используемые в инжекционных лазерах 38
§ 2.4. Пзопериодическое замещение в твердых растворах как принцип создания лазерных гетероструктур . 47
Глава 3. Оптическая модель инжекционного лазера . 54
§ 3.1. Уравнения Максвелла и волновое уравнение 54
§ 3.2. Диэлектрические волноводы и резонаторы 59
§ 3.3. Эффект оптического ограничения и его причины 67
§ 3.4. Моды электромагнитного поля . . . 71
§ 3.5. Плотность оптического потока и параметр оптического ограничения 78
§ 3.6. Моды плоского резонатора 82
§ 3.7. Особенности лазеров со слабыми волноводами 85
§ 3.8. Периодические структуры обратной связи 87
§ 3.9. Вывод излучения и диаграмма направленности 92
§ 3.10. Внутренние оптические потери 98
§ 3.11. Нелинейные оптические явления, связанные с влиянием носителей на диэлектрическую проницаемость 100
Глава 4. Излучение и оптическое усиление в полупроводниках 108
§ 4.1. Энергетический спектр полупроводника 108
§ 4.2. Влияние сильного легирования и большой концентрации носителей на энергетический спектр ..114
§ 4.3. Квантово-размерный эффект 119
§ 4.4. Гамильтониан взаимодействия электрона с электромагнитным полем 123
§ 4.5. Переходы в двухуровневой системе 126
§ 4.6. Вынужденное излучение в полупроводнике 131
§ 4.7. Обсуждение факторов, влияющих на вынужденное излучение 137
§ 4.8. Насыщение усиления и явления в сильном поле 144
Глава 5. Механизм накачки в инжекционных лазерах 147
§ 5.1.Инжекция как механизм накачки 147
§ 5.2. Основные уравнения (стационарная накачка) 149
§ 5.3. Эффективность накачки (определение) 152
§ 5.4. Метод искривленных зон
§ 5.5. Уравнения для потенциала в области объемного заряда и построение энергетических диаграмм 156
§ 5.6. Диффузия носителей тока . . 163
§ 5.7. Обзор способов электрической накачки в полупроводниковых лазерах 166
Глава 6. Распределение инжектированных носителей и вольт-амперные характеристики . 173
§ 6.1. Распределение избыточных носителей в активном слое при линейной рекомбинации . 173
§ 6.2. Распределение избыточных носителей в активном слое при квадратичной рекомбинации . 176
§ 6.3. Численный расчет распределения носителей в лазерной двусторонней гетероструктуре 177
§ 6.4. Вольт-амперные характеристики . 179
§ 6.5. Эффективность инжекции и эффект электронного ограничения . . 187
§ 6.6. Супоринжекция 192
§ 6.7. Распределение накачки в полосковых структурах и боковое электронное ограничение 194
Глава 7. Динамика лазерного излучения . 201
§ 7.1. Скоростные уравнения 201
§ 7.2. Стационарные решения . 205
§ 7.3. Анализ решений и их изображение на фазовой плоскости 210
§ 7.4. Влияние нелинейных потерь на режим генерации . 216
§ 7.5. Автомодуляционные явления: релаксационные пульсации в переходном режиме 219
§ 7.6. Автомодуляционные явления: незатухающие пульсации . . 223
§ 7.7. Модуляция излучения 233
Глава 8. Пороговые, спектральные и мошностные характеристики . 241
§ 8.1. Пороговая плотность тока 241
§ 8.2. Влияние поперечных размеров активной области 243
§ 8.3. Влияние внешних факторов на пороговый ток 246
§ 8.4. Длина волны лазерного излучения и спектрально-пороговая характеристика 249
§ 8.5. Ширина линии 252
§ 8.6. Явление многомодовой генерации и его связь с динамикой излучения 254
§ 8.7. Пространственные неоднородности и их влияние на спектр излучения 262
§ 8.8. Перестройка длины волны в широком спектральном диапазоне , .. 266
§ 8.9. Ватт-амперная характеристика . 269
§ 8.10. Жесткий режим включения и гистерезисные явления 275
§ 8.11. Ограничения мощности излучения 276
Литература 281
