RU2330299C1 - Method of determination of electron lifetime in active range of the solid-state injection laser diode - Google Patents

Method of determination of electron lifetime in active range of the solid-state injection laser diode Download PDF

Info

Publication number
RU2330299C1
RU2330299C1 RU2007106775/28A RU2007106775A RU2330299C1 RU 2330299 C1 RU2330299 C1 RU 2330299C1 RU 2007106775/28 A RU2007106775/28 A RU 2007106775/28A RU 2007106775 A RU2007106775 A RU 2007106775A RU 2330299 C1 RU2330299 C1 RU 2330299C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser diode
laser
length
lifetime
resonator
Prior art date
Application number
RU2007106775/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Гариф Газизович Акчурин (RU)
Гариф Газизович Акчурин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Priority to RU2007106775/28A priority Critical patent/RU2330299C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2330299C1 publication Critical patent/RU2330299C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: optical data engineering.
SUBSTANCE: method of determination of the carrier lifetime in the active range of the solid-state injection laser diode incorporates measuring the laser diode amplitude response used to define the electron lifetime. In compliance with this invention, a laser diode is furnished with an outer re-adjustable resonator made up of a microscope objective and a flat mirror the alignment of which allows generating the radiation with a maximum constant component of output laser power W with a maximum length of outer resonator Lout, a variable component of injection current δI(Δv) at the outer resonator longitudinal mode beat frequency of Δv=c/2(Lout+nLin) is selected, the length of outer resonator Lout, at constant W, is reduced to L*out corresponding to the decrease in variable current component of injection current δI(Δv) of √2 times, and the electron life time is defined from the proposed expression relating the aforesaid magnitudes.
EFFECT: wider range of measurement of lifetime of the carriers in the active range of solid-state lasers (chances of measurements in a picosecond range) with a simpler instrumentation.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области оптических информационных технологий, в частности к методам диагностики динамических параметров лазеров, используемых в волоконно-оптических линиях связи и определяющих скорость передачи импульсно-кодовой информации, например, по сети Интернет.The invention relates to the field of optical information technologies, in particular to methods for diagnosing dynamic parameters of lasers used in fiber-optic communication lines and determining the transmission speed of pulse-code information, for example, over the Internet.

Известен способ определения времени жизни носителей в полупроводниках (время спонтанной рекомбинации), в частности в фотодетекторах, основанный на исследовании динамического отклика фотодетектора при облучении его активной области лазерными импульсами с длительностью меньшей, чем постоянная времени фотодетектора (Техника оптической связи. Фотоприемники, под. ред. У.Тсанга. М: Мир. 1988). Однако данный способ может быть использован только для определения времени жизни полупроводниковых диодов с планарным расположением p-n перехода. Диаметр активной области сверхбыстродействующих фотодиодов может составлять порядка сотни микрон, однако в полупроводниковых инжекционных лазерах активная область вдоль p-n перехода менее 10 микрон, а поперек - менее 0.3 микрон, что приводит к существенным трудностям ввода зондирующего внешнего лазерного излучения, тем более что для зондирования необходимо просвечивания всего резонатора лазера длиной 300-500 микрон.A known method for determining the carrier lifetime in semiconductors (spontaneous recombination time), in particular in photodetectors, is based on the study of the dynamic response of a photodetector when its active region is irradiated with laser pulses with a duration shorter than the photodetector time constant (Optical Communication Technique. Photodetectors, ed. W. Tsanga. M: Mir. 1988). However, this method can only be used to determine the lifetime of semiconductor diodes with a planar arrangement of the pn junction. The diameter of the active region of ultrafast photodiodes can be of the order of hundreds of microns, however, in semiconductor injection lasers, the active region along the pn junction is less than 10 microns, and across it is less than 0.3 microns, which leads to significant difficulties in introducing probing external laser radiation, especially since sounding requires transillumination total laser cavity with a length of 300-500 microns.

Известен способ определения времени жизни носителей в полупроводниковых инжекционных лазерах при модуляции тока инжекции лазерного диода электрическими импульсами и исследование импульсной модуляции выходной оптической мощности (Полупроводниковые инжекционные лазеры. Динамика, модуляция, спектры. Под ред. У.Тсанга. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1990, 320 с.).A known method for determining the lifetime of carriers in semiconductor injection lasers when modulating the injection current of a laser diode with electric pulses and the study of pulsed modulation of the output optical power (Semiconductor injection lasers. Dynamics, modulation, spectra. Ed. W. Tsanga. Transl. From English M. : Radio and communications, 1990, 320 pp.).

Однако при импульсной модуляции лазера на переднем фронте огибающей оптического импульса возникают релаксационные колебания, лежащие при типичных параметрах в СВЧ области, которые существенно искажают импульсные характеристики при времени жизни электронов, сравнимых с периодом релаксационных колебаний, т.е. при типичных временах порядка 1 нс.However, upon pulsed laser modulation, relaxation oscillations occur at the leading edge of the envelope of the optical pulse, lying at typical parameters in the microwave region, which substantially distort the pulse characteristics at the electron lifetime comparable with the relaxation oscillation period, i.e. at typical times of the order of 1 ns.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является частотный способ определения времени жизни носителей τ в активной области полупроводниковых лазеров при амплитудной модуляции тока инжекции в полосе частот, соизмеримых с временем жизни носителей, измерении амплитуды переменной составляющей выходной мощности лазера δP(f) и определении времени жизни τ по уменьшению δР с ростом частоты модуляции f, т.е. измерении амплитудно-частотной характеристики полупроводникового лазерного диода (Гауэр Дж. Оптические системы связи. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988).Closest to the proposed technical solution is the frequency method for determining the carrier lifetime τ in the active region of semiconductor lasers with amplitude modulation of the injection current in a frequency band comparable with the carrier lifetime, measuring the amplitude of the variable component of the laser output power δP (f), and determining the lifetime τ by decreasing δР with increasing modulation frequency f, i.e. measuring the amplitude-frequency characteristics of a semiconductor laser diode (Gower J. Optical communication systems. Trans. from English. M: Radio and communication, 1988).

Однако при практической реализации данного способа возникают технические трудности, связанные с СВЧ модуляцией интенсивности излучения инжекционного лазера, так как в этой области частот проявляется комплексный характер сопротивления p-n перехода, что вызывает неконтролированное изменение глубины модуляции тока инжекции при изменении частоты СВЧ генератора. На частотах модуляции, соизмеримых с обратным временем жизни носителей τ, возникают релаксационные колебания, искажающие динамический отклик лазера и соответственно трудность измерения τ. Кроме того, существующие сверхбыстродействующие фотоприемники (лавинно-пролетные фотодиоды и pin-фотодиоды), с помощью которых измеряется переменная составляющая выходной мощности излучения лазерного диода, имеют постоянную времени порядка одной наносекунды, что ограничивает полосу диагностируемых частот величиной 1 ГГц.However, in the practical implementation of this method, technical difficulties arise associated with microwave modulation of the radiation intensity of the injection laser, since the complex nature of the resistance of the pn junction is manifested in this frequency range, which causes an uncontrolled change in the depth of modulation of the injection current with a change in the frequency of the microwave generator. At modulation frequencies commensurate with the inverse carrier lifetime τ, relaxation vibrations arise, distorting the dynamic response of the laser and, accordingly, the difficulty of measuring τ. In addition, existing ultra-fast photodetectors (avalanche span photodiodes and pin photodiodes), which measure the variable component of the output power of the laser diode, have a time constant of the order of one nanosecond, which limits the diagnosed frequency band to 1 GHz.

Задачей изобретения является расширение диапазона измерения времени жизни носителей активной области полупроводниковых лазеров (возможность измерения в пикосекундной области) при упрощении экспериментальной установки.The objective of the invention is to expand the measurement range of the carrier lifetime of the active region of semiconductor lasers (the ability to measure in the picosecond region) while simplifying the experimental setup.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения времени жизни носителей в активной области полупроводникового инжекционного лазерного диода, включающем измерение амплитудно-частотной характеристики лазерного диода, по которой определяют время жизни электронов, согласно решению лазерный диод снабжен внешним перестраиваемым резонатором, состоящим из микрообъектива и плоского зеркала, с помощью юстировки которого получают генерацию излучения с максимальной постоянной составляющей выходной лазерной мощности W на максимальной длине внешнего резонатора Lout, в качестве амплитуды выбирают переменную составляющую тока инжекции δI(Δv) на частоте биений продольных мод внешнего резонатора Δv=c/2(Lout+nLin), при постоянном значении W уменьшают длину внешнего резонатора Lout до величины L*out, соответствующей уменьшению переменную составляющую тока инжекции δI(Δv) в √2 раз и определяют время жизни электронов из соотношенияThe problem is solved in that in the method for determining the carrier lifetime in the active region of a semiconductor injection laser diode, which includes measuring the amplitude-frequency characteristics of the laser diode, which determine the electron lifetime, according to the solution, the laser diode is equipped with an external tunable resonator consisting of a micro lens and a flat mirrors, using the adjustment of which receive the generation of radiation with a maximum constant component of the output laser power W to the maximum the length of the external resonator L out , as the amplitude, choose the variable component of the injection current δI (Δv) at the beat frequency of the longitudinal modes of the external resonator Δv = c / 2 (L out + nL in ), with a constant value of W, reduce the length of the external resonator L out to L * out corresponding to a decrease in the variable component of the injection current δI (Δv) by √2 times and determine the electron lifetime from the relation

Figure 00000002
Figure 00000002

где L*out - длина перестраиваемого внешнего резонатора, соответствующая уменьшению δI в √2 раз;where L * out is the length of the tunable external resonator corresponding to a decrease in δI by √2 times;

Lin - длина лазерного кристалла;L in is the length of the laser crystal;

n - показатель преломления активной области p-n перехода;n is the refractive index of the active region of the p-n junction;

с - скорость света.c is the speed of light.

В качестве лазерного диода выбирают кристалл с просветляющим покрытием на выходной грани, обращенной к внешнему резонатору.As a laser diode, a crystal with an antireflection coating on the output face facing the external cavity is selected.

Максимальная длина внешнего резонатора выбирается из соотношения Lout >> τ c.The maximum length of the external cavity is selected from the relation L out >> τ c.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 - блок-схема устройства для иллюстрации способа реализации изобретения, на фиг.2 блок-схема установки для исследования лазерного гетеродинного оптогальванического эффекта в лазерном диоде с перестраиваемым внешним резонатором, на фиг.3 - перестроечная зависимость частоты биений продольных лазерных мод Δv (в ГГц) от длины резонатора Lout (в см), определяемая из соотношения Δv=c/2(Lout+nLin), на фиг.4 - экспериментальная зависимость нормированной переменной составляющей тока инжекции GaAlAs полоскового лазера (λ=0.82 мкм) от частоты межмодовых биений (ГГц) лазерного диода с перестраиваемым внешним резонатором, где: 1 - внешнее плоское 100% отражающее на длине волны излучения лазера зеркало, образующее внешний резонатор совместно с выходной гранью активного элемента лазерного диода, 2 - микрообъектив с числовой апертурой, сравнимой с расходимостью излучения полупроводникового лазерного диода, 3 - лазерный кристалл (лазерный диод) с выходной гранью, обращенной к внешнему резонатору, имеющей просветляющее покрытие, 4 - источник питания лазерного диода, 5 - СВЧ анализатор спектра типа С4-60, 6-50-омное сопротивление, 7 - лавинный фотодиод ЛФД-2 с постоянной времени 300 пс для измерения амплитуды биений лазерных мод и постоянной составляющей выходной лазерной мощности лазерного диода с внешним резонатором, 8 - измеритель постоянной составляющей выходной лазерной мощности W.The invention is illustrated by drawings: in Fig. 1 is a block diagram of a device for illustrating a method for implementing the invention, in Fig. 2 is a block diagram of an apparatus for studying a laser heterodyne opto-galvanic effect in a laser diode with a tunable external resonator, in Fig. 3 is a tuning dependence of the beat frequency longitudinal laser modes Δv (in GHz) of the resonator length L out (in cm), determined from the relation Δv = c / 2 (L out + nL in), 4 - experimental dependence of the normalized AC component injection stripe laser GaAlAs (λ = 0.82 μm) from the intermode beat frequency (GHz) of a laser diode with a tunable external resonator, where: 1 is an external plane 100% mirror reflecting at the laser radiation wavelength, forming an external resonator together with the output face of the active element of the laser diode, 2 - a microobjective with a numerical aperture comparable to the divergence of the radiation of a semiconductor laser diode, 3 — a laser crystal (laser diode) with an output face facing an external resonator having an antireflection coating, 4 — a power supply of a laser diode, 5 - C4-60 type microwave spectrum analyzer, 6-50-ohm resistance, 7 - LFD-2 avalanche photodiode with a time constant of 300 ps for measuring the beat amplitude of laser modes and the constant component of the output laser power of a laser diode with an external resonator, 8 - constant meter component of the output laser power W.

В основе метода лежит оптогальванический эффект, впервые обнаруженный в газоразрядных лазерах при внутрирезонаторной модуляции потерь и вызывающей модуляцию тока разряда (Imazu S., Hirasawa S., Yoshida N. // Jap. J. Appl. Phys. 1972. V.11. N6. P.920-921). Механизм оптогальванического эффекта связывается с влиянием вынужденного излучения на скорость ионизации уровней в газоразрядном лазере, например в атомарном He-Ne или в молекулярном CO2 лазерах, при этом коэффициент преобразования глубины модуляции лазерной мощности в глубину модуляции тока составляет характерные величины 10-2-10-3 (Очкин В.П., Преображенский Н.Г., Соболев Н.Н. и др. // УФН. 1986. Т.148. N3. С.473-507).The method is based on the opto-galvanic effect, first detected in gas-discharge lasers with intracavity loss modulation and modulating the discharge current (Imazu S., Hirasawa S., Yoshida N. // Jap. J. Appl. Phys. 1972. V.11. N6 P.920-921). The mechanism of the opto-galvanic effect is associated with the effect of stimulated emission on the ionization rate of levels in a gas-discharge laser, for example, atomic He-Ne or molecular CO 2 lasers, while the coefficient of conversion of the depth of modulation of laser power to the depth of current modulation is typical values 10 -2 -10 - 3 (Ochkin V.P., Preobrazhensky N.G., Sobolev N.N. et al. // UFN. 1986. T.148. N3. S.473-507).

Подавление вынужденных процессов генерации увеличивает населенность верхнего лазерного уровня, что соответственно вызывает дополнительный вклад в ток разряда за счет каскадной ионизации с верхнего лазерного уровня, поэтому динамический оптогальванический эффект может быть использован для определения времени жизни верхнего уровня.Suppression of stimulated generation processes increases the population of the upper laser level, which accordingly causes an additional contribution to the discharge current due to cascade ionization from the upper laser level, therefore, the dynamic opto-galvanic effect can be used to determine the lifetime of the upper level.

Оптогальванический эффект наблюдается в полупроводниковых лазерах, однако при этом полупроводниковый лазер должен быть с внешним резонатором, в котором осуществляется модуляция потерь во внешнем резонаторе, вызывающая соответствующую модуляцию лазерной мощности, которая преобразуется в модуляцию тока инжекции (Ву Ван Лык, Елисеев П.Г., Манько М.А., Микаелян Г.Т. // Квантовая электроника, 1982, Т.9, N9, С.1851-1853).The opto-galvanic effect is observed in semiconductor lasers, however, in this case, the semiconductor laser must be with an external resonator, in which the loss modulation in the external resonator is carried out, which causes the corresponding modulation of the laser power, which is converted into the modulation of the injection current (Vu Van Lyk, P. Eliseev, Man'ko M.A., Mikaelyan G.T. // Quantum Electronics, 1982, Vol. 9, N9, S.1851-1853).

Скоростные уравнения, описывающие взаимодействие лазерного излучения с активной полупроводниковой средой, имеют видThe velocity equations describing the interaction of laser radiation with an active semiconductor medium have the form

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где I - плотность тока инжекции, d - толщина активной области, n - концентрация электронов, nth - пороговая концентрация электронов, nph - эффективное число фотонов в лазерной моде, В - коэффициент, определяющий скорость индуцированной рекомбинации в единице объема за секунду, τsp - среднее время жизни фотона в резонаторе, τph - время жизни электрона в активной области p-n перехода (время спонтанной рекомбинации). Эти нелинейные уравнения показывают связь плотности фотонов (лазерной мощности) в резонаторе лазера с концентрацией электронов в активной области p-n перехода лазера и подавление лазерной мощности должно приводить к возрастанию тока инжекции, т.е. оптогальваническому эффекту.where I is the injection current density, d is the thickness of the active region, n is the electron concentration, n th is the threshold electron concentration, n ph is the effective number of photons in the laser mode, B is a coefficient that determines the rate of induced recombination in a unit volume per second, τ sp is the average lifetime of the photon in the cavity, τ ph is the electron lifetime in the active region of the pn junction (spontaneous recombination time). These nonlinear equations show the relationship between the density of photons (laser power) in the laser cavity and the electron concentration in the active region pn of the laser transition and suppression of the laser power should lead to an increase in the injection current, i.e. opto-galvanic effect.

Нами был экспериментально обнаружен и исследован нелинейный оптогальванический эффект в СВЧ диапазоне, обусловленный детектированием лазерных мод внешнего резонатора в активной области p-n перехода полупроводникового лазера и наблюдаемый с помощью СВЧ анализатора спектра (С4-60), сигнал на который подавался с 50-омного сопротивления, включенного в цепь питания (накачки) инжекционного лазера, как показано на фиг.2. При использовании сверхбыстродействующего фотоприемника (ЛФД-2), детектирующего выходное излучение лазера, наблюдались биения лазерных мод на частоте Δv=c/2(Lout+nLin).We experimentally discovered and investigated the nonlinear opto-galvanic effect in the microwave range, due to the detection of the laser modes of the external cavity in the active region of the pn junction of the semiconductor laser and observed using a microwave spectrum analyzer (C4-60), the signal to which was fed from a 50-ohm resistance, turned on in the power circuit (pump) of the injection laser, as shown in figure 2. When using a superfast photodetector (LFD-2) detecting the output radiation of a laser, beats of laser modes were observed at a frequency Δv = c / 2 (L out + nL in ).

Нетрудно видеть, что частота биений лазерных мод практически обратно пропорциональна длине внешнего резонатора, так как типичная длина лазерного кристалла 250-300 микрон, показатель преломления активной среды GaAs равен 4 и соответствующий в длину резонатора составляет повеличину 1 мм и соответствующая поправка в общую длину резонатора не превышает 1% при длине внешнего резонатора 10 см. Перестроечная зависимость частоты биений лазерных мод от длины резонатора представлена на фиг.3. Нетрудно видеть, что при длине внешнего резонатора равном 15 см частота биений Δv равна 1 ГГц, а при 5 см Δv=3 ГГц, при Lo=3 см Δv=5 ГГц. Таким образом, изменением геометрической длины резонатора можно эффективно перестраивать межмодовое частотное расстояние и соответственно перестраивать частоту биений мод в мегагерцевой и гигагерцовой областях. Оптогальванический эффект в p-n переходе активной области лазерного диода играет роль такого фотодетектора и осуществляет динамический фотоэффект. Перестраивая длину внешнего резонатора полупроводникового инжекционного лазера и измеряя переменную составляющую тока инжекции на частоты биений мод внешнего резонатора, возможно определение времени жизни электронов в активной области лазерного диода.It is easy to see that the beat frequency of the laser modes is almost inversely proportional to the length of the external cavity, since the typical length of the laser crystal is 250-300 microns, the refractive index of the GaAs active medium is 4, and the corresponding length of the cavity is 1 mm and the corresponding correction to the total length of the cavity is not exceeds 1% with an external cavity length of 10 cm. The tuning dependence of the beat frequency of laser modes on the cavity length is shown in Fig. 3. It is easy to see that with an external resonator length of 15 cm, the beat frequency Δv is 1 GHz, and at 5 cm Δv = 3 GHz, with L o = 3 cm Δv = 5 GHz. Thus, by changing the geometrical length of the resonator, it is possible to efficiently tune the intermode frequency distance and, accordingly, tune the beat frequency of the modes in the megahertz and gigahertz regions. The opto-galvanic effect in the pn junction of the active region of the laser diode plays the role of such a photodetector and provides a dynamic photoelectric effect. By tuning the length of the external cavity of the semiconductor injection laser and measuring the alternating component of the injection current to the beat frequencies of the modes of the external cavity, it is possible to determine the electron lifetime in the active region of the laser diode.

Способ осуществляется следующим образом. С помощью источника тока (4) устанавливают постоянное значение тока инжекции в лазерном диоде (3), соответствующее режиму генерации. Фокус микрообъектива (2) совмещают на торце лазерного кристалла с излучающей активной областью p-n перехода для получения соосного нерасходящегося оптического пучка. С помощью внешнего плоского зеркала с коэффициентом отражения, близким к 100% и расположенным на максимальной длине Lout, получают генерацию в лазерном диоде с внешним резонатором, фиксируют уровень постоянной выходной лазерной мощности W с помощью фотодетектора (7), измеряют переменную составляющую фототока δI(Av) на частоте биений лазерных мод Δv=c/2(Lout+nLin). Уменьшают длину внешнего резонатора Lout при постоянном уровне выходной мощности W и соответственно увеличивают частоту биений лазерных мод Δv до уменьшения переменной составляющей тока инжекции δI(Δv) в √2 раз и определяют время жизни электронов из соотношенияThe method is as follows. Using a current source (4), a constant value of the injection current in the laser diode (3) is set, which corresponds to the generation mode. The focus of the micro-lens (2) is combined at the end of the laser crystal with the emitting active region of the pn junction to obtain a coaxial non-diverging optical beam. Using an external plane mirror with a reflection coefficient close to 100% and located at the maximum length L out , lasing is obtained in a laser diode with an external resonator, the level of constant laser output power W is fixed using a photodetector (7), and the variable component of the photocurrent δI is measured ( Av) at the beat frequency of the laser modes Δv = c / 2 (L out + nL in ). Reduce the length of the external resonator L out at a constant level of output power W and, accordingly, increase the beat frequency of the laser modes Δv to reduce the variable component of the injection current δI (Δv) by √2 times and determine the electron lifetime from the relation

τ=2(L*out+nLin)/c.τ = 2 (L * out + nL in ) / c.

Максимальная длина внешнего резонатора выбирается из соотношения Lout много больше τ с (типичная величина Lout порядка 1 метра и соответственно частота биений мод порядка 150 МГц).The maximum length of the external cavity is selected from the relation L out much greater than τ s (a typical value of L out is of the order of 1 meter and, accordingly, the beat frequency of the modes is of the order of 150 MHz).

При тестировании способа, для наблюдения спектра биений мод внешнего лазерного резонатора использовался сверхскоростной лавинно-пролетный фотодиод ЛФД-2 с постоянной времени 300 пс (7), переменная составляющая фототока ЛФД-2 снималась с 50-омной нагрузки (6) и поступала на вход анализатора спектра С4-60 (5). При изменении длины резонатора от метра до пяти сантиметров постоянная составляющая фототока ЛФД-2, пропорциональная выходной лазерной мощности W, и переменная, пропорциональная амплитуде сигнала биений лазерных мод, практически не изменялась, а сигнал переменной составляющей тока инжекции лазерного диода на частоте биений мод уменьшался, начиная с частот выше 1 ГГц, и соответствующая амплитудно-частотная характеристика отражала конечность времени жизни электронов в активной области полупроводникового лазера.When testing the method, to observe the beat spectrum of the modes of the external laser resonator, we used the LFD-2 ultra-high-speed avalanche-pass photodiode with a time constant of 300 ps (7), the variable component of the LFD-2 photocurrent was removed from the 50-ohm load (6) and fed to the analyzer input spectrum C4-60 (5). When the cavity length was changed from a meter to five centimeters, the constant component of the LFD-2 photocurrent, proportional to the output laser power W, and the variable proportional to the amplitude of the beat signal of the laser modes, did not change, and the signal of the variable component of the injection current of the laser diode at the beat frequency decreased, starting from frequencies above 1 GHz, and the corresponding amplitude-frequency characteristic reflected the finiteness of the electron lifetime in the active region of the semiconductor laser.

Результаты экспериментальной апробации предлагаемого способа и результаты зависимости переменной составляющей тока инжекции на частоте биений лазерных мод внешнего резонатора от изменения этой частоты биений при фиксированной мощности сигнала биений лазерных мод, представлены на фиг.4, а определение времени жизни электронов из соотношения (1) - позволило установить, что время жизни электронов в активной области p-n перехода лазерного диода составляет 0.78 нс, что согласуется с существующими оценками и литературными данными.The results of experimental testing of the proposed method and the results of the dependence of the variable component of the injection current at the beat frequency of the laser modes of the external resonator on the change in this beat frequency at a fixed signal power of the beat of the laser modes are presented in Fig. 4, and the determination of the electron lifetime from relation (1) allowed to establish that the electron lifetime in the active region of the pn junction of the laser diode is 0.78 ns, which is consistent with existing estimates and published data.

Claims (2)

1. Способ определения времени жизни электронов в активной области полупроводникового инжекционного лазерного диода, включающий измерение амплитудно-частотной характеристики лазерного диода по которой определяют время жизни электронов, отличающийся тем, что лазерный диод снабжен внешним перестраиваемым резонатором, состоящим из микрообъектива и плоского зеркала, с помощью юстировки которого получают генерацию излучения с максимальной постоянной составляющей выходной лазерной мощности W на максимальной длине внешнего резонатора Lout, в качестве амплитуды выбирают переменную составляющую тока инжекции δI(Δv) на частоте биений продольных мод внешнего резонатора Δv=c/2(Lout+nLin), при постоянном значении W уменьшают длину внешнего резонатора Lout до величины L*out, соответствующей уменьшению переменной составляющей тока инжекции δI(Δv) в
Figure 00000005
раз и определяют время жизни электронов из соотношения
1. The method of determining the electron lifetime in the active region of a semiconductor injection laser diode, including measuring the amplitude-frequency characteristics of the laser diode, which determines the electron lifetime, characterized in that the laser diode is equipped with an external tunable resonator, consisting of a micro lens and a flat mirror, using whose adjustments receive the generation of radiation with a maximum constant component of the output laser power W at the maximum length of the external resonator L out , as the amplitude, we choose the variable component of the injection current δI (Δv) at the beat frequency of the longitudinal modes of the external cavity Δv = c / 2 (L out + nL in ), with a constant value of W, reduce the length of the external cavity L out to the value L * out corresponding to decrease in the variable component of the injection current δI (Δv) in
Figure 00000005
times and determine the electron lifetime from the relation
Figure 00000006
Figure 00000006
где L*out - длина перестраиваемого внешнего резонатора, соответствующая уменьшению δI в
Figure 00000005
раз;
where L * out is the length of the tunable external resonator corresponding to a decrease in δI in
Figure 00000005
time;
Lin - длина лазерного кристалла;L in is the length of the laser crystal; n - показатель преломления активной области р-n перехода;n is the refractive index of the active region of the pn junction; с - скорость света.c is the speed of light.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве лазерного диода выбирают кристалл с просветляющим покрытием на выходной грани, обращенной к внешнему резонатору.2. The method according to claim 1, characterized in that as a laser diode choose a crystal with an antireflective coating on the output face facing the external resonator.
RU2007106775/28A 2007-02-26 2007-02-26 Method of determination of electron lifetime in active range of the solid-state injection laser diode RU2330299C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007106775/28A RU2330299C1 (en) 2007-02-26 2007-02-26 Method of determination of electron lifetime in active range of the solid-state injection laser diode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007106775/28A RU2330299C1 (en) 2007-02-26 2007-02-26 Method of determination of electron lifetime in active range of the solid-state injection laser diode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2330299C1 true RU2330299C1 (en) 2008-07-27

Family

ID=39811154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007106775/28A RU2330299C1 (en) 2007-02-26 2007-02-26 Method of determination of electron lifetime in active range of the solid-state injection laser diode

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2330299C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101819147A (en) * 2010-04-09 2010-09-01 哈尔滨工程大学 Dynamic measurement method and device of effective service life of laser upper energy level

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101819147A (en) * 2010-04-09 2010-09-01 哈尔滨工程大学 Dynamic measurement method and device of effective service life of laser upper energy level

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101385108B1 (en) Photomixer module and terahertz wave generation method thereof
US9780525B2 (en) Optoelectronic oscillator
US8625191B2 (en) Wavelength-tunable light source apparatus
US10714888B2 (en) Pulsed electromagnetic-wave generator and measuring apparatus
JP5289848B2 (en) Method and apparatus for detecting and avoiding multiple pulse states in ultrashort pulses
Baili et al. Ultralow noise and high-power VECSEL for high dynamic range and broadband RF/optical links
Riecke et al. Picosecond spectral dynamics of gain-switched DFB lasers
RU2330299C1 (en) Method of determination of electron lifetime in active range of the solid-state injection laser diode
Krug et al. High-sensitivity two-photon absorption microcavity autocorrelator
KR101194900B1 (en) System for High Power and Continuous Wave Laser Beam
JP2659554B2 (en) Light intensity correlator
Katagiri et al. A harmonic colliding-pulse mode-locked semiconductor laser for stable subterahertz pulse generation
US4772118A (en) Methods of and apparatus for measuring picosecond semiconductor laser pulse duration using the internally generated second harmonic emission accompanying the laser output
Sun et al. Monolithically integrated two-wavelength distributed Bragg reflector laser for terahertz generation
Passerini et al. Effect of optical feedback on 60-GHz colliding-pulse semiconductor mode-locked lasers
Phillips et al. Experimental measure of dynamic spatial-hole burning in DFB lasers
Mikitchuk et al. Double-loop all-optical gain optoelectronic oscillator with low phase noise and spurs level
RU2494526C2 (en) Method of generating electromagnetic oscillations in microwave and ehf ranges with ultra-wideband frequency tuning
Sutter et al. Picosecond spectroscopy of optically modulated high‐speed laser diodes
US20240353541A1 (en) Lidar measuring method and device with sub-pulses produced by birefringence in the laser resonator
Bavedila et al. LT-GaAs-based photomixers with> 2 mW peak output power up to 320 GHz
RU2002271C1 (en) Method of determining speed of response of microwave transistors and photodetectors
Rosen et al. A subpicosecond tunable ring dye laser and its applications to time-resolved fluorescence spectroscopy
Brorson et al. Characterization of wavelength chirping in modelocked monolithic CPM lasers
Fridlander et al. Monolithic Indium Phosphide Dual Laser Photonic Integrated Circuit for Remote Sensing Lidar

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130227