Анализ ватт-амперных характеристик мощных полупроводниковых лазеров (1060 нм) в рамках стационарной двумерной модели

Аннотация: Представлена двумерная модель мощного полупроводникового лазера, учитывающая транспорт носителей заряда перпендикулярно слоям гетероструктуры и эффект продольного пространственного выжигания носителей заряда (LSHB – longitudinal spatial hole burning), связанный с неоднородным распределением усиления вдоль оси резонатора. Показано, что использование 2D-модели, учитывающей транспорт носителей поперек слоев гетероструктуры, позволяет выявить существенный вклад эффекта LSHB в насыщение ватт-амперных характеристик. Установлено, что эффект LSHB, приводящий к снижению выходной оптической мощности полупроводниковых лазеров, сильнее выражен при больших токах накачки и малых коэффициентах отражения выходного зеркала; при этом в случае высоких токов накачки падение мощности в результате LSHB связано с ускорением роста внутренних оптических и рекомбинационных потерь из-за неоднородного распределения плотности тока вдоль оси резонатора, при котором наибольшая плотность тока может практически вдвое превышать наименьшую. Показано, что эффект LSHB приводит к увеличению мощности, запасаемой в резонаторе Фабри – Перо, что является дополнительным механизмом снижения выходной оптической мощности.

Ключевые слова: модель полупроводникового лазера, скоростные уравнения, транспорт носителей заряда, продольное выжигание носителей заряда, лазерный диод, полупроводниковые лазеры высокой мощности, дрейф-диффузионный транспорт.