Saturation of light – current characteristics of high-power lasers (λ = 1.0 – 1.1 mm) in pulsed regime

Abstract

Semiconductor lasers based on MOVPE-grown asymmetric separate-confinement heterostructures with a broadened waveguide and emitting in the wavelength range 1.0 -1.1 mm are studied. It is found that the intensity of spontaneous emission from the active region increases with increasing pump current above the lasing threshold and that this is caused by a growth in the concentration of charge carriers in the active region due to the modal gain enhancement needed to compensate for the growing internal optical loss at high pulsed pump currents. It is shown that the increase in the internal optical loss with increasing pulsed pump current is one of the main reasons for saturation of the light -current characteristics of high-power semiconductor lasers.

AlGaAs/GaAs asymmetric‐waveguide, short cavity laser diode design with a bulk active layer near the p ‐cladding for high pulsed power emission

“…One involves working in the eye-safe spectral range of 1300-1600 nm, allowing high output power to be used, and requiring InGaAsP/InP [2][3][4] or AlGaInAs/InP [5][6][7][8][9] based sources and photodetectors. The other involves working at shorter wavelengths and can be further subdivided in two spectral regions: λ ∼ 0.9-1.1 µm [10][11][12][13] and λ < 0.9 µm, used [14,15] for the case of nanosecond pump pulses resulting in picosecond pulse emission under gain-switched operation. The latter spectral range makes use of the efficient and reliable GaAs/AlGaAs emitters and, crucially, the relatively mature technology of Silicon Single-Photon Avalanche Photodetectors [16] which have a high sensitivity at the operating wavelengths below 900 nm.…”

Изотипные гетероструктуры n-AlGaAs/n-GaAs, оптимизированные для эффективной межзонной излучательной рекомбинации при накачке электрическим током

“…Преимуществами такого подхода являются не только возможность реализации электрической инжекционной накачки в системах материалов, где сложно создать одновременно слои p-и n-типов проводимости, но и расширение типов возможных конструкций полупроводниковых светоизлучающих приборов и способов их оптимизации. К примеру, в гетероструктурах лазерных диодов слои с высоким легированием p-типа вносят высокие внутренние оптические потери за счет более высокого значения сечения поглощения на свободных носителях для дырок [10][11][12].…”

Особенности транспорта носителей заряда в структурах n-=SUP=-+-=/SUP=--n-=SUP=-0-=/SUP=--n-=SUP=-+-=/SUP=- с гетеропереходом GaAs/AlGaAs при сверхвысоких плотностях тока

“…Отрицательное дифференциальное сопротивление наблюдается при плотностях тока выше границы, определяемой током насыщения, как величина, пропорциональная произведению концентрации доноров на насыщенную скорость дрейфа [2], и при легировании области n 0 более 10 15 см −3 рабочие плотности тока находятся в кА/см 2 диапазоне. В настоящее время существует достаточно широкий спектр приборов на основе полупроводниковых гетероструктур, включающих n + −n 0 -структуры с областью гетероперехода, в первую очередь это импульсные ключи и высокочастотные генераторы [7][8][9], а также оптоэлектронные приборы, такие как мощные полупроводниковые лазеры [10,11], лазеры-тиристоры [12] и лазеры-транзисторы [13]. При этом рабочие плотности тока в таких приборах могут существенно превышать уровень кА/см 2 .…”

“…При этом рабочие плотности тока в таких приборах могут существенно превышать уровень кА/см 2 . Было показано, что при переходе к сверхвысоким уровням токов характеристики приборов претерпевают существенные изменения [10,11,14]. Эти особенности связаны с достаточно широким спектром эффектов (захват в квантово-размерную активную область, насыщение усиления, двухфотонное поглощение), которые до настоящего времени остаются недостаточно изучены.…”