I Vu điểm của kỹ thuật truyền dẫn quang
3.3.6.Phân bố không gian
3. Diode phát quang, khuếch đại laser và diode laser (LD)
3.3.6.Phân bố không gian
Trong quá trình chế tạo mode laser và chế tạo các bộ khuếch đại quang sử dụng chip laser diode bán dẫn thì một vấn đề rất đợc quan tâm đó là phân bố không gian trờng gần và không gian trờng xa của bức xạ laser. Nghiên cứu về phân bố không gian của bức xạ laser từ đó có thể tìm đợc phơng pháp ghép nối giữa chip laser (nguồn phát) vào sợi quang (đờng truyền) đạt hiệu suất cao nhất. Phân bố không gian trờng gần và trờng xa cho thấy cấu trúc mode ngang của laser và tuỳ thuộc vào cấu trúc của vùng tích cực, bức xạ laser có thể có đa mode hoặc đơn mode không gian.
Phân bố không gian trờng gần cho ta dạng cụ thể của mặt cắt chùm ra. Nếu đặt màn chắn sát bề mặt laser ta sẽ thu đợc các vết sáng mà cờng độ sáng của nó biểu thị mật độ chùm ra nhiều hay ít. Số lợng các vết sáng và sự sắp xếp vị trí không gian của các vết sang tuỳ thuộc vào kích thớc miền tích cực và công suất quang ra của laser diode. Trong thực tế, ngời ta hay quan tâm đến phân bố không gian trờng xa.
Phân bố không gian trờng xa là phân bố không gian xét ở khoảng cách lớn hơn nhiều lần so với kích thớc lớp tích cực. Đờng phân bố không gian trờng xa còn là đờng cong công suất phụ thuộc vào góc. Phân bố trờng xa sẽ cho biết độ mở góc của chùm tia laser theo hớng song song và vuông góc với lớp chuyển tiếp p – n, ngoài ra còn cho biết đợc sự phân bố bức xạ của laser diode theo góc.
Cấu trúc mode của laser với công suất phát lớn (dòng kích lớn) thì ổn định và rõ ràng hơn so với dòng kích nhỏ. Các công thức sau cho phép tính góc phân kì theo hớng vuông góc và song song với lớp tích cực.
θ⊥ = W 0 λ ; θ// = l à λ (2.37)
trong đóλ0 là bớc sóng phát của laser (àm). W bề rộng lớp tích cực (àm), l
là chiều dài lớp tích cực (àm).
Hình 2.25: Dạng chùm bức xạ laser diode (a) và phân bố công suất theo góc ứng với các giá trị công suất khác nhau sao cho trờng hợp song song
(b) và vuông góc (c) với chuyển tiếp p “ n
Nh vậy phân bố không gian của bức xạ laser phụ thuộc vào kích thớc miền tích cực. Với các laser diode có chiều dài (l) và chiều rộng (W) của tích cực bé thì góc mở của chùm bức xạ laser sẽ càng lớn. Ngoài ra, phân bố không gian còn phụ thuộc vào bớc sóng phát trung tâmλ0 của laser nên nếu công suất bức xạ của laser thay đổi khi dòng bơm cho laser thay đổi hoặc nhiệt độ của laser thay đổi thì phân bố không gian của bức xạ thay đổi theo.
Nhìn chung thì phân bố không gian trờng gần và trờng xa đều phụ thuộc vào cấu trúc mode ngang của laser. Đờng biểu diễn phân bố không gian gần có dạng phân bố Gauss với laser diode phát đơn mode ngang và dạng Hermit – Gauss với các laser phát đa mode ngang. Nghiên cứu phân bố không gian cho phép tìm hớng lắp ghép tối u và tìm đợc dòng điện kích để số mode ngang