Лазерные диоды

В многомодовом лазерном диоде зеркала, образованные разъединенными краями структуры, создают условия возникновения нескольких резонансных мод с промежутком c/2Zn, где с — скорость света в вакууме, I — длина резонатора, образованного двумя разъединенными торцевыми гранями, и п — показатель преломления световодной структуры. Когда уровень тока в диоде возрастает до значения, при котором часть огибающей спектра активной среды превышает пороговое значение, необходимое для лазерной генерации, лазерный диод переходит в режим осцилляции и, по мере того как мощность возрастает и все большая часть огибающей превышает пороговое значение, количество спектральных линий (т. е. мод) увеличивается.

Во многих приложениях волоконных датчиков требуется одночастотный источник излучения, допускающий только одну продольную моду колебаний. Существует множество методов достижения одномодовой работы. Один из подходов заключается в том, что резонатор в лазерном диоде делается настолько коротким, что только один резонанс, способный пройти через структуру эталона, может возникнуть в той части огибающей спектра активной среды, которая находится над порогом.

Альтернативный подход — ввести в резонатор чувствительные к спектру элементы, выбирающие и поддерживающие только одну моду в той части огибающей спектра активной среды, которая находится над порогом. Два используемых подхода проиллюстрированы. На первом рисунке показан резонатор с распределенной обратной связью; периодическая структура размещена на одном из концов волновода. Брэгговский отражатель настроен так, что отражает только очень узкую полосу спектра, и через него проходит единственный тип колебаний.

image19

При втором подходе используются связанные резонаторы — два активных волновода расположены последовательно. Два резонатора взаимодействуют, и необходимость для обоих резонаторов находиться в резонансе эффективно сужает полосу спектра для лазерной генерации, результатом чего становится одномодовая лазерная генерация.

См. также:  Квазираспределенный датчик температуры

До некоторой степени подобный и построенный на тех же принципах подход заключается в использовании для выбора единственной моды внешнего пассивного резонатора. Основной мотивацией для работы в одномодовом режиме служит то, что при очень узком спектре свет, излучаемый источником, обладает высокой когерентностью. Источники излучения, функционирующие в таком режиме, необходимы для высокопроизводительной работы волоконно-оптических датчиков, требующих большой и стабильной длины когерентности. Это относится к пассивному кольцевому резонатору и интерферометрам Маха-Цендера и Майкельсона.

image20

Одна из проблем, связанных с работой лазерных диодов, заключается в том, что их выход часто чувствителен к ответной реакции. Отчасти это можно понять, изучив график зависимости выходной мощности от тока возбуждения.