11.3 Деградация полупроводниковых лазеров.
Деградация полупроводниковых лазеров это процесс ухудшения излучательных характеристик полупроводникового лазера во времени.
На первое место можно поставит катастрофическую деградацию полупроводниковых лазеров из-за наличия макродефектов в эпитаксиальных слоях, поверхностных, внутренних и возникающих в результате монтажа.
На второе место можно определить деградацию из-за неравномерности распределения плотности мощности на зеркале полупроводникового лазера. Это происходит в том случае когда катастофической деградации не наблюдается, но в эпитаксиальных слоях присутствует неоднородности по толщине и ли составу эпитаксиальных слоев. Ниже проиллюстрированы возможные варианты картины ближнего поля на зеркале полупроводникового многомодового лазера (однородное, не однородное и сверх не однородное.
Рис. 116. Варианты картины ближнего поля полупроводникового лазера: однородное, не однородное и с участками пониженной квантовой эффективности.
На третье место можно поставить деградацию по дефектам темных линий (ДТЛ) возникающих в результате прорастания дислокаций.
Рис. 117. Рисунок иллюстрирует увеличение темных областей поперек светящегося полоскового лазера. Это происходит под воздействием протекания электрического тока и потока фотонов.
На четвертое место можно определить катастрофическую оптическую деградацию зеркал или просветляющих покрытий полупроводниковых лазеров. Особенно важен этот канал деградации для мощных полупроводниковых лазеров. Поскольку качество зеркал и просветляющих покрытий для этого типа лазеров является зачастую главным.
На рис. 118 изображен торец мощного полупроводникового лазера выходное зеркало которого было просветленно до 1%. При выходной оптической мощности более 16 Вт в непрерывном режиме генерации произошло прожигание зеркал.
Рис. 119. Вид выходного зеркала резонатора Фабри-Перо мощного полупроводникового лазера после катастрофической оптической деградации зеркал. Необходимо отметить, что вольт-амперная характеристика сохранилась без изменений.
На пятое место и главное можно поставить постепенную деградацию полупроводниковых лазеров. Все остальные деградационные каналы можно отсеить достаточно кратковременными тестами, которые проводят на этапе измерительных проверок. Постепенную деградацию исключить кратковременными тестами практически невозможно. Однако различными исследователями были проведены исследования срока службы полупроводниковых лазеров. Лазеры устанавливались в непрерывном режиме на фиксированное значение тока накачки. Когда мощность падала в два раза, ток повышали до достижения прежнего значения излучаемой оптической мощности. Эксперимент продолжался до тех пор, пока сохранялась возможность достичь, начальное значение излучаемой оптической мощности. Определенный таким образом срок службы представляют в виде графика от температуры гетероперехода. Из графика определялась энергия активации ЕА для выражения определяющего срок службы:
Несмотря на упрощенность этого выражения результат превысил все ожидания и значение энергии активации порядка 0,7 эв идеальным образом позволяет экстраполировать срок службы лазеров при комнатной температуре. В настоящее время эта величина превышает 10 5 часов.
Лекция 12.Конструкции полупроводниковых лазеров.