Время задержки включения лазерного диода

Есть несколько факторов, влияющих на время включения лазерного диода.

Во-первых, это емкость перехода, которая вызывает задержку включения в обычном диоде перехода. При прямом смещении емкость пропорциональна току и времени прохождения диода, как и у любого диода с p -n-переходом.

Второй уникален для лазерных диодов.

Ниже определенного порога, при котором начинается генерация, устройство ведет себя как обычный светодиод. Когда ток увеличивается до такой степени, что коэффициент усиления лазера равен потерям в резонаторе и зеркалах, начинается генерация и резко возрастает светоотдача. Именно в этот момент лазерный диод считается включенным.

Причиной задержки является просто время, необходимое для достижения порогового тока.$I_{th}$Для идеального устройства без емкости время включения равно

Зададим ступенчатую функцию напряжения на лазере от источника напряжения с низким импедансом. Рост тока ограничивается последовательной индуктивностью. Используйте несколько соединительных проводов и хорошую упаковку, чтобы эффективно исключить это из рассмотрения. Итак, у нас есть ступенчатая функция тока. [Я сделал это с помощью нескольких быстрых переключателей FET на подложке лазера.] Есть два процесса, которые теперь ограничивают включение лазера. Во-первых, насколько быстро носители термализуются в квантовую яму. Это время является самым медленным процессом переноса полупроводника, медленнее, чем диффузия тока и т. д. (но все же довольно быстро, пс). Вторым и более распространенным эффектом, особенно для стандартных лазерных диодов, является ограниченное усиление за цикл.
Полупроводниковый лазер диаметром 3 мм с показателем преломления 3 имеет оптическую длину 9 мм и время прохождения туда и обратно 60 пс. Так, например, лазер с переключением усиления должен ждать, пока ток превысит прозрачность, затем ждать, пока счастливый фотон не направится вниз по волноводу в ограниченной моде (главным образом ответственный за джиттер в лазерах с переключением усиления), а затем в зависимости от динамики тока (который устанавливает усиление туда и обратно за проход), сколько проходов необходимо, чтобы выходной сигнал лазера был «включен»: что-то близкое к его выходной мощности CW. Можно получить некоторое представление о том, что необходимо, отметив, что лазер мощностью 1 мВт при 1,24 мкм (фотон 1 эВ) излучает 6,24 x 10^15 фотонов/сек. При времени прохождения туда и обратно 60 пс, то есть 3,75 x 10 ^ 5 фотонов, усиливающая среда должна заменить за время прохождения туда и обратно. [Непрерывные лазеры всегда работают с коэффициентом усиления 1.] Если выходной ответвитель скажем, пропускание 10%, циркулирующий свет всего в 10 раз больше выходного света. Таким образом, учитывая, что усиление не намного больше 1, сколько проходов потребуется, чтобы создать достаточное количество фотонов в резонаторе, чтобы вы могли его рассмотреть. Отсюда вы должны попасть непосредственно в динамику несущей, охваченную любым лазерным текстом. Но чтобы ограничить его, скажем, вы получаете усиление туда и обратно, равное 2. Это примерно 24 прохода. (но усиление непостоянно и т. д.) Это делает время включения 24 x 60 пс или 1,44 нс. Так что это действительно зависит от того, как быстро вы можете создавать дополнительные носители в возбужденном состоянии, что приводит к усилению> 1, и сколько проходов требуется, чтобы включить лазер Обычно последовательная индуктивность ограничивает скорость увеличения инжекции носителей, таким образом, существует сложный переходный процесс нарастания тока, за которым следует задержанное стимулированное излучение по мере увеличения плотности фотонов в резонаторе. На практике телекоммуникационные лазеры никогда не выключаются. Удерживая выходную мощность на уровне 5-10% от выходной метки, вам нужно всего несколько циклов прохождения туда-обратно и меньшее изменение тока, чтобы снова включить лазер. Дополнительные фотоны в резонаторе также ускоряют «выключение» лазера, поскольку «выключено» теперь составляет 10% от «включено», поэтому спонтанное излучение будет преобладать над удалением носителей, а не с гораздо более длительным временем спонтанного затухания (~ 1 нс). Надеюсь, это поможет. Я использую книгу Стейгмана «Лазеры», но я уверен, что есть более современные методы лечения. Удерживая выходную мощность на уровне 5-10% от выходной метки, вам нужно всего несколько циклов прохождения туда-обратно и меньшее изменение тока, чтобы снова включить лазер. Дополнительные фотоны в резонаторе также ускоряют «выключение» лазера, поскольку «выключено» теперь составляет 10% от «включено», поэтому спонтанное излучение будет преобладать над удалением носителей, а не с гораздо более длительным временем спонтанного затухания (~ 1 нс). Надеюсь, это поможет. Я использую книгу Стейгмана «Лазеры», но я уверен, что есть и более современные методы лечения. Удерживая выходную мощность на уровне 5-10% от выходной метки, вам нужно всего несколько циклов прохождения туда-обратно и меньшее изменение тока, чтобы снова включить лазер. Дополнительные фотоны в резонаторе также ускоряют «выключение» лазера, поскольку «выключено» теперь составляет 10% от «включено», поэтому спонтанное излучение будет преобладать над удалением носителей, а не с гораздо более длительным временем спонтанного затухания (~ 1 нс). Надеюсь, это поможет. Я использую книгу Стейгмана «Лазеры», но я уверен, что есть и более современные методы лечения.