Kennen Sie eine einfache Erklärung dafür, warum sich die Einschaltverzögerungszeit einer Laserdiode verringert, während wir den Vorspannungsstrom erhöhen?
Die Einschaltverzögerung ist die Zeit, die der Laser vom Anlegen des Stroms bis zum Verlassen des Lasers benötigt. Diese Zeit hängt stark von der Eingangsstromdichte ab, je höher der Vorspannungsstrom ist abzüglich der Einschaltverzögerung. Was ich nicht verstehe, ist die Physik dahinter, wie diese Wechselwirkung zustande kommt.
Ist es etwas Offensichtliches, weil ich versuche, eine einfache Erklärung zu finden, und ich kann es nicht. Beste Grüße, Georg
Es gibt einige Faktoren, die die Einschaltzeit der Laserdiode bestimmen.
Die erste ist die Sperrschichtkapazität, die dasselbe ist, was eine Einschaltverzögerung in einer gewöhnlichen Sperrschichtdiode verursacht. In Durchlassrichtung ist die Kapazität wie bei jeder pn -Übergangsdiode proportional zum Strom und zur Diodenlaufzeit .
Die zweite ist einzigartig für Laserdioden.
Unterhalb einer bestimmten Schwelle, bei der das Lasern beginnt, verhält sich das Gerät wie eine gewöhnliche LED. Wenn der Strom bis zu dem Punkt erhöht wird, an dem die Verstärkung des Lasers gleich dem Verlust des Resonators und der Spiegel ist, beginnt das Lasern und die Lichtleistung steigt plötzlich an. An diesem Punkt gilt die Laserdiode als eingeschaltet.
Was die Verzögerung verursacht, ist einfach die Zeit, die benötigt wird, um den Schwellenstrom zu erreichen Für ein ideales Gerät ohne Kapazität ist die Einschaltzeit
Lassen Sie uns eine Stufenfunktion der Spannung über einen Laser von einer Spannungsquelle mit niedriger Impedanz legen. Der Stromanstieg wird durch die Längsinduktivität begrenzt. Verwenden Sie mehrere Bonddrähte und eine gute Verpackung, um dies effektiv aus der Betrachtung zu eliminieren. Wir haben also eine Sprungfunktion im Strom. [Ich habe dies mit mehreren schnellen FET-Schaltern auf dem Lasersubstrat gemacht.] Es gibt zwei Prozesse, die jetzt das Einschalten des Lasers einschränken. Der erste ist, wie schnell die Ladungsträger in den Quantentopf thermalisieren. Diese Zeit ist der langsamste Halbleitertransportprozess, langsamer als die Diffusion des Stroms usw. (aber immer noch ziemlich schnell, ps). Der zweite und häufigere Effekt, insbesondere bei Standard-Laserdioden, ist die begrenzte Verstärkung pro Umlauf.
Ein 3-mm-Halbleiterlaser mit einem Brechungsindex von 3 hat eine optische Länge von 9 mm und eine Umlaufzeit von 60 ps. So muss beispielsweise ein verstärkungsgeschalteter Laser warten, bis der Strom die Transparenz überschreitet, dann warten, bis ein glückliches Photon den Wellenleiter im eingeschränkten Modus (hauptsächlich verantwortlich für Jitter bei verstärkungsgeschalteten Lasern) und dann abhängig von der Dynamik durchläuft des Stroms (der die Rundreiseverstärkung pro Durchgang festlegt), wie viele Durchgänge erforderlich sind, damit der Laserausgang "eingeschaltet" wird: etwas in der Nähe seiner CW-Ausgangsleistung. Man kann ein Gefühl dafür bekommen, was benötigt wird, wenn man feststellt, dass ein 1-mW-Laser bei 1,24 um (1 eV-Photon) 6,24 x 10 ^ 15 Photonen / Sekunde aussendet. Bei einer Umlaufzeit von 60 ps müssen also 3,75 x 10^5 Photonen das Verstärkungsmedium pro Umlaufzeit ersetzen. [CW-Laser arbeiten immer mit einer Verstärkung von 1.] Wenn der Ausgangskoppler Sagen wir, 10% durchlässig, das zirkulierende Licht ist nur das 10-fache des Ausgangslichts. Angesichts der Tatsache, dass die Verstärkung nicht wesentlich größer als 1 ist, wie viele Durchgänge sind erforderlich, um genügend Photonen im Hohlraum aufzubauen, damit Sie darüber nachdenken können. Von hier aus müssen Sie direkt in die Trägerdynamik einsteigen, die in jedem Lasertext behandelt wird. Aber um es zu begrenzen, nehmen wir an, Sie erhalten einen Round-Trip-Gewinn von 2. Das sind ungefähr 24 Durchgänge. (aber die Verstärkung ist nicht konstant usw.] Dies macht die Einschaltzeit zu 24 x 60 ps oder 1,44 ns. Es hängt also wirklich davon ab, wie schnell Sie zusätzliche Träger im angeregten Zustand erzeugen können, was zu einer Verstärkung> 1 führt, und wie viele Durchgänge dauert es, bis der Laser eingeschaltet ist. Typischerweise begrenzt die Reiheninduktivität die Anstiegsrate der Ladungsträgerinjektion, Es gibt also einen komplizierten Übergang von ansteigendem Strom, gefolgt von einer verzögerten stimulierten Emission, wenn die Photonendichte in der Kavität ansteigt. In der Praxis werden Telekommunikationslaser niemals abgeschaltet. Indem Sie die Space-Ausgabe bei 5 - 10 % der Markierungsausgabe halten, benötigen Sie nur wenige Umlaufzeiten und kleinere Stromänderungen, um den Laser wieder einzuschalten. Die zusätzlichen Photonen in der Kavität beschleunigen auch das „Ausschalten“ des Lasers, da „Aus“ jetzt 10 % von „Ein“ beträgt, sodass die spontane Emission die Trägerentfernung dominiert und nicht die viel längere spontane Abklingzeit (~ 1 ns). Hoffentlich hilft das. Ich benutze Steigmans Buch „Laser“, aber ich bin sicher, dass es neuere Behandlungen gibt. Indem Sie die Space-Ausgabe bei 5 - 10 % der Markierungsausgabe halten, benötigen Sie nur wenige Umlaufzeiten und kleinere Stromänderungen, um den Laser wieder einzuschalten. Die zusätzlichen Photonen in der Kavität beschleunigen auch das „Ausschalten“ des Lasers, da „Aus“ jetzt 10 % von „Ein“ beträgt, sodass die spontane Emission die Trägerentfernung dominiert und nicht die viel längere spontane Abklingzeit (~ 1 ns). Hoffentlich hilft das. Ich benutze Steigmans Buch „Laser“, aber ich bin sicher, dass es neuere Behandlungen gibt. Indem Sie die Space-Ausgabe bei 5 - 10 % der Markierungsausgabe halten, benötigen Sie nur wenige Umlaufzeiten und kleinere Stromänderungen, um den Laser wieder einzuschalten. Die zusätzlichen Photonen in der Kavität beschleunigen auch das „Ausschalten“ des Lasers, da „Aus“ jetzt 10 % von „Ein“ beträgt, sodass die spontane Emission die Trägerentfernung dominiert und nicht die viel längere spontane Abklingzeit (~ 1 ns). Hoffentlich hilft das. Ich benutze Steigmans Buch „Laser“, aber ich bin sicher, dass es neuere Behandlungen gibt.
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