Measurements of internal optical loss inside an operating laser diode

Abstract

An experimental technique for measuring internal optical loss in high-power edge-emitting semiconductor lasers is demonstrated. The technique is based on coupling a probe beam into the waveguide of a pulse-pumped laser diode. It allows measuring free-carrier absorption (FCA) in a laser heterostructure at different temperatures and at pump current levels up to 30 kA/cm2. Measurement results are presented for two laser heterostructure designs, which vary in the waveguide doping level and material. For both heterostructures, the pump current increase induces a significant rise in FCA and a corresponding increase in internal optical loss, from 0.4–0.7 cm−1 at the threshold current to 2–2.5 cm−1 at 15 kA/cm2. At higher temperatures, the dependence is even stronger and the internal optical loss rises to 6 cm−1 (65 °C, 27 kA/cm2). The gradient of the FCA current dependence is lower for the laser heterostructure with a doped GaAs waveguide, while the heterostructure with an undoped AlGaAs waveguide displays a larger increase in FCA but better internal quantum efficiency at high currents. These results show that the proposed experimental method has significant potential.

Модель управления конкуренцией замкнутых модовых структур в прямоугольных резонаторах большого размера на основе лазерных гетероструктур AlGaAs/InGaAs/GaAs

“…где α out -потери на вывод излучения из кристалла, α i_0 -модальные внутренние оптические потери в сегменте усиления (в приближении линейной зависимости от плотности тока [13]…”

Исследование Пространственной И Токовой Динамики Оптических Потерь В Полупроводниковых Лазерных Гетероструктурах Методом Оптического Зондирования

“…Временное разрешение будет зависеть от используемой измерительной аппаратуры, в нашем случае оно составляло 1 нс. Подобная методика применялась в [6,7] для оценки средних внутренних оптических потерь в мощных полупроводниковых лазерах, а также для выявления положения и размеров токовых шнуров в полупроводниковых лазерах-тиристорах полосковой конструкции [12].…”

“…где I ′ -интенсивность излучения на выходе из исследуемой среды, I 0 -интенсивность излучения на входе в исследуемую среду, α -коэффициент поглощения в среде, L -длина прохождения излучения в исследуемой среде. Методики, описанные в работах [6,7], позволяют оценить лишь изменение показателя поглощения. Это связано с тем, что точная оценка коэффициента ввода излучения в волновод гетероструктуры затруднительна, и в этом случае величина интенсивности излучения на входе в исследуемый образец I 0 остается неизвестной.…”

“…В рамках данной работы исследованы особенности методики оптического зондирования, основанной на анализе оптических потерь сканирующего лазерного излучения для исследования пространственного распределения оптических потерь и носителей заряда в слоях полупроводниковой диодной гетероструктуры. Данная работа является продолжением цикла исследований, посвященных разработке методики измерения зависимости оптических потерь в мощных полупроводниковых лазерах от тока накачки [6,7]. Особенностью ранее представленных работ является то, что используемые режимы работы и конструкции обеспечивали однородное распределение носителей в активном кристалле.…”

Исследование динамики выходной оптической мощности полупроводниковых лазеров (1070 nm) с маломодовым латеральным волноводом мезаполосковой конструкции при сверхвысоких токах накачки

“…Видно, что с ростом тока накачки имеет место насыщение пиковой выходной оптической мощности. Аналогичный характер зависимости в мощных многомодовых лазерах объяснялся вкладом ряда механизмов: увеличение внутренних оптических потерь, связанных с накоплением носителей в волноводе [6], продольное выгорание носителей заряда и двухфотонное поглощение [7].…”