2. 3 Hệ phơng trình tốc độ của laser bán dẫn DFB hai ngăn
3.1.2.Quá trình phát không dừng
Với bộ tham số đã đợc chọn nh trong bảng 3.1, hệ phơng trình (2.15), (2.16), (2.17)đợc giải bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB trong trờng hợp cộng hởng. Đáp ứng thời gian của laser bán dẫn DFB hai ngăn thu đợc trong thời gian phát 70ns là dãy xung phát đợc biểu diễn trên hình 3.1. Hình 3.2 là hình ảnh phóng đại các xung phát đó.
Từ đồ thị đáp ứng thời gian thu đợc, chúng tôi chú ý khảo sát các đặc tr- ng nh sau:
- Thời gian đáp ứng ∆t đợc định nghĩa là thời gian từ lúc các linh kiện đợc cung cấp các dòng điện bơm I1, I2 và mật độ tín hiệu quang Pω đa vào tới khi có một xung laser phát đầu tiên.
- Mật độ photon phát nj là số photon của bức xạ laser trong cm3. - Tần số lặp ∆f là số xung phát tính trong đơn vị thời gian.
xu ng la se r ph át ( cm -3 )
quy định thông thờng đã biết.
Hình 3.1Mô phỏng dãy xung laser phát của laser bán dẫn DFB hai ngăn.
Hình 3.2Hình ảnh phóng đại các xung phát của laser DFB hai ngăn. Theo kết quả mô phỏng nh trên các hình vẽ 3.1, 3.2, các đặc trng của xung laser phát trong thời gian 70ns đợc tính toán nh sau: Thời gian đáp ứng ∆t
∆t
∆τ Thời gian phát (giây)
Thời gian phát (giây)
M ật đ ộ ph ot on p há t ( ph ot on .c m -3 ) M ật đ ộ ph ot on p há t ( ph ot on .c m -3 )
= 10ns, mật độ photon phát nj = 4,9ì1015photon.cm-3, tần số lặp ∆f = 1,35GHz, độ rộng xung laser ∆τ = 25ps.
Để có thể hiểu đợc các đặc trng đáp ứng thời gian ở trên, chúng ta cần nghiên cứu các quá trình động học xẩy ra trong DFB laser hai ngăn. ở trong các laser bán dẫn, mật độ các hạt tải và mật độ photon là hai tham số quan trọng, chúng quyết định tốc độ bức xạ cỡng bức và do đó quyết định công suất laser ra. Giá trị mật độ các hạt tải nói chung lại chịu nhiều ảnh hởng của các quá trình khác nhau xẩy ra trong các ngăn laser và tơng tác với nhau thông qua các quá trình bức xạ hay tái hợp. Trong quá trình bức xạ cỡng bức, khi mật độ photon tăng lên, mật độ các hạt tải giảm xuống. ở trong trạng thái dừng sự tăng lên của cờng độ bức xạ do quá trình phát xạ cỡng bức bằng tổng lợng mất mát trong buồng cộng hởng và mật độ quang đa từ bên ngoài vào. Tuy nhiên, đối với các laser bán dẫn, cờng độ các dòng bơm bên ngoài là yếu tố quan trọng đóng góp vào sự tăng lên của mật độ các hạt tải.
Để có quá trình hoạt động laser, ngoài quá trình phản xạ dơng trong các ngăn, các photon phát ra do quá trình bức xạ cỡng bức ban đầu phải lớn hơn tổng các mất mát có thể. Điều này dẫn đến sự cần thiết phải có sự tập trung một lợng lớn các hạt tải trong các vùng nhờ quá trình bơm từ bên ngoài. Trong hoạt động của laser bán dẫn DFB hai ngăn, sự suy giảm các hạt tải đợc bù trừ bởi dòng bơm trong các ngăn và mật độ quang đa vào từ bên ngoài. Vì vậy đáp ứng thời gian trên đồ thị 3.1 cho thấy mật độ photon và do đó cờng độ xung laser phát là ổn định.
Trong laser bán dẫn DFB hai ngăn thời gian phát triển laser không những bị quy định bởi các quá trình quá độ trong hoạt chất ở ngăn thứ nhất mà còn bởi các quá trình quá độ ở ngăn hấp thụ bão hoà (ngăn thứ hai). Do vậy sự phát laser không xẩy ra ngay ở thời điểm ngỡng mà bị trễ một khoảng thời gian nào đó. Trên hình 3.1 khoảng thời gian ∆t mô tả quá trình trễ này.
tham số động học laser đã đợc khảo sát kỹ lỡng trong [7-9]. Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ nghiên cứu khả năng điều biến các xung phát của laser bán dẫn DFB hai ngăn bằng các thông số khác nhau nh dòng bơm hay xung quang tín hiệu.