Интегральные характеристики усиления излучения

August 12, 2011 by admin Комментировать »

Для многих практических случаев более важным является не усиление излучения на резонансной длине волны, а его суммарное усиление во всем диапазоне длин волн. В условиях резонанса усиление излучения происходит вдоль оси резонатора. Однако по мере удаления от резонанса интенсивность излучения начинает снижаться. Поскольку естественный спектр излучения активной среды (без резонатора) может быть гораздо шире, чем резонансная кривая, невозможно зара

нее определить, произойдет ли в резонаторе усиление интегрального излучения. Для расчета полного усиления излучения во всем диапазоне длин волн необходимо знать ширину резонансного спектра и ширину спектра естественного излучения. Ширина резонансной кривой может быть вычислена по коэффициенту зеркальности резонатора или его добротности.

Теоретическая ширина спектра излучения объемного полупроводника равнаl,8fcT(см. например, Schubert, 1993), где fc —постоянная Больцмана, Т —абсолютная температура. При комнатной температуре для длины волны излучения 900 нм 1,8^Т соответствует ширине спектральной линии АА„ = 31 нм. При ширине резонансной кривой 5-10 нм одна часть естественного спектра будет усиливаться, а другая подавляться. Если предположить, что естественный спектр излучения имеет вид распределения Гаусса, можно вывести аналитическое выражение для вычисления коэффициента интегрального усиления излучения (или коэффициента подавления). В случае резонатора с высокой разрешающей способностью ширина спектра естественного излучения полупроводников при 300 К практически всегда больше ширины резонансной кривой. Ширина гауссова спектра равна

где коэффициент -к/2 появляется из-за того, что спектр излучения имеет форму распределения Лоренца. Из выражения видно, что интегральное усиление зависит от ширины спектра естественного излучения активной среды. Величина Gintдля разных типов оптически активных материалов меняется в довольно широких пределах. Узкие атомные спектры могут быть усилены на несколько порядков (Schubertetal., 1992b). С другой стороны, в материалах с широким спектром излучения, например красителях или полимерах, интегрального усиления излучения может и не наблюдаться (deMartinietal., 1987; Suzukietal., 1991). Из уравнения (14.33) также следует, что ширина резонансной кривой сильно влияет на величину интегрального усиления. Узкая резонансная кривая, соответствующая либо высоким значениям зеркальности резонатора, либо большой его длине (Huntetal., 1992), снижает Gmt-

Пример. Спектральные и интегральные характеристики усиления структуры с резонатором

В качестве примера при помощи уравнений (14.21) и (14.22) рассчитаем спектральный и интегральный коэффициенты усиления излучения полупроводниковой структуры с резонатором. Считаем, что коэффициенты отражения зеркалR\ = 90%, Д2 = 97%, коэффициент усиления

пучностейТогда разрешающая способностьF= 46,

а пиковое значение G’eпо уравнению (14.21) равно 68. Подставляя это значение в (14.22) и считая ширину резонансной кривой ДА = 6,5 нм (Schubertetal., 1994), а теоретическую ширину спектра естественного излучения при температуре 300 К ДА = 30 нм, находим величину теоретического коэффициента интегрального усиления Gint= 13. В работе (Schubertetal., 1994) приведено значение Gint= 5, полученное экспериментально для аналогичной структуры. Различия теоретического и экспериментальных значений объясняются более широким спектром естественного излучения, который превышал теоретическое значение 1,8кТ.

На рис. 14.3, б схематично показан спектр спонтанного излучения объемного полупроводника. Для достижения максимального усиления излучения вдоль оси резонатора необходимо, чтобы совпадали пики резонансной кривой и спектра естественного излучения. Использование легирующих примесей расширяет спектр излучения полупроводника, что делает его ширину больше теоретического значения 1,8А;Г. Спектры структур с квантовыми ямами из-за ступенчатости функции плотности состояний практически всегда уже 0,7кТ. Низкие температуры и образование экситонов также приводят к сужению спектра естественного излучения. Поэтому добиться высоких значений усиления излучения можно использованием структур с квантовыми ямами и низких рабочих температур.

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты