5 Пространственное распределение когерентного излучения

Поскольку активная область имеет толщину всего несколько длин волн, излучение не будет заключаться только в этом слое, но будет все же захватывать области шириной несколько длин волн в пассивных областях n- и p- типа, расположенных сверху

и снизу перехода. При пороговых условиях возбуждения излучение можно описать как почти плоскую волну, распространяющуюся вдоль p-n перехода. Амплитуда волны имеет максимум внутри p-n перехода и экспоненциально убывает по мере удаления от него. Длина волны излучения должна быть такой, чтобы на расстоянии между полированными поверхностям укладывалось целое число полуволн. Обычно между поверхностями укладывается около 2000 полуволн. Длины волн, которые удовлетворяют этому условию, отличаются друг от друга примерно на 2 Å. В идеальном случае должна была бы образоваться картина стоячих волн, занимающих по ширине всю область p-n перехода и имеющих почти равномерную амплитуду вдоль переднего сечения перехода, где неотраженная часть волны выходит из кристалла. В действительности, приготовляемые в настоя­щее время p-n переходы не достигают этого предела. При пороговых условиях возбуждения обычно наблюдается, что активна лишь одна или несколько небольших областей вдоль сечения p-n перехода, которые охватывают лишь малую часть его полной ширины.

Для определения пространственного распределения интенсивности излучения p-n перехода обычно используется метод при котором излучение от лазерного диода фокусируется с помощью объектива на входную щель спектрофотометра.

На рис.8 показано распределение интенсивности излучения в луче лазера на GaA в горизонтальной плоскости. Эти кривые были получены путем записи выходного сигнала фотоумножителя спектрофотометра при вращении лазерного диода в горизонтальной плоскости.

Рис. 8. Распределение интенсивности излучения по угловой ширине луча.

Конечно все лазерные диоды на GaAs имеют столь простую картину распределения излучения. На рис. 9 показан пример более сложного распределения излучения.

Из рисунка видно большое число очень узких, но интенсивных лучей слева от сравнительно широкого центрального пика. Природу этих узких лучей можно объяснить тем, что когерентное излучение может происходить в двух или большем числе далеко расположенных точек на краях p-n перехода. Интерференция между такими далеко расположенными «горячими» пятнами и может объяснить наличие таких узких близко расположенных пучков.

Меньший угловой размер веерообразных лучей, т.е. азимутальная ширина, определяется интенсивностью и фазой излучения, выхо­дящего из различных точек вдоль передней границы p-n перехода. Если p-n переход излучал по всей ширине с постоянной амплитудой и фазой, то генерируемый луч имел бы определяемую дифрак­цией угловую ширину около 0,1°. Поскольку лучшие p-n переходы которые были изготовлены до настоящего времени, генерируют пучки, в 10 раз более широкие, это означает, что только 10% поперечного сечения перехода активно или излучает когерентно.

Рис. 9. Распределение излучения лазерного диода на GaAs, обладающего сильными боковыми лепестками излучения

В вертикальной плоскости угловая ширина несколько больше и в типичном случае составляет 5-10%. Это указывает на то, что распределение интенсивности источника в вертикальном направлении несколько хуже.