a) laser cấu trỳc Taper 3o
b) laser cấu trỳc Taper 4o
Hỡnh 3.18 là phõn bố cường độ cụng suất theo vị trớ cổ chựm (khoảng cỏch tớnh từ tõm của chựm tia tại cổ chựm) của laser cấu trỳc Taper 3o và 4o. laser cấu trỳc Taper 3o cú độ rộng cổ chựm là 16,7 �m và laser cấu trỳc Taper 4o cú độ rộng cổ chựm là 15 �m tại vị trớ 1/e2 ở dũng hoạt động 700 mA và nhiệt độ hoạt động là 25oC. Độ rộng cổ chựm này là tương đối nhỏ so với độ rộng cổ chựm của laser BA (gần xấp xỉ độ rộng miền tớch cực) vào khoảng 100 �m.
3.3.2. Thừa số truyền chựm M2Sử dụng cụng thức Sử dụng cụng thức 2 2 2 1/ 1/ 2 / 1 e 4 d e e M � � � �
Với M2 là thừa số truyền chựm hay cũn gọi là hệ số phẩm chất của chựm tia
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 I = 700 mA, T = 25o C ông s uấ t tư ơng đối Vị trí cổ chùm (�m) d (1/e2) -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 I = 700 mA, T = 25o C ông s uấ t tư ơng đối Vị trí cổ chùm (�m) d (1/e2)
�: Bước súng phỏt của laser
Ta tớnh được cỏc thụng số chựm của laser Taper 3o và 4o như trong bảng dưới. Theo hướng vuụng gúc với chuyển tiếp độ rộng cổ chựm được lấy xấp xỉ bằng 1�m. Bảng 3.8: Cỏc thụng số chựm của laser BA và cỏc laser Taper cấu trỳc 3o và 4o
Laser Thụng số Đơn vị BA Taper 3o Taper 4o (//) 2 / 1 e � Độ 11 8.1 6.9 ) ( 2 / 1 � � e Độ 52.8 50.6 54 2 / 1 e d àm < 100 16.7 15 � nm 671 671 671 M1/e2 (//) < 22 2.7 2.1 M1/e2 (�) 1.01 1.01 1.1
Như trờn đó núi thừa số truyền chựm vào khoảng 1 cho cả laser BA và laser Taper theo hướng vuụng gúc với chuyển tiếp p-n, vỡ vậy chất lượng chựm tia chủ yếu phụ thuộc vào thừa số truyền chựm theo hướng song song với chuyển tiếp. Từ trờn bảng 3.8 ta thấy cỏc laser Taper cú thừa số truyền chựm theo hướng song song cú giỏ trị nhỏ, gần với 1 nờn chựm tia cú phõn bố gần với phõn bố gauss hơn laser BA hay chất lượng chựm tia của laser Taper tốt hơn so với laser BA (M1/e2 (//) = 22) . Laser Taper cấu trỳc 4o cú hệ số truyền chựm là M1/e2 (//)= 2,1 nhỏ hơn laser cấu trỳc 3o (M1/e2 (//) = 2,7) cú độ rộng cổ chựm nhỏ hơn và chất lượng chựm tia tốt hơn. Như vậy, ưu điểm chủ yếu của laser bỏn dẫn loại Taper là cho chất lượng chựm tia tốt hơn laser BA. Laser loại Taper cho khả năng hội tụ chựm tia tốt hơn, vỡ vậy mật độ cụng suất quang lối ra tại cổ chựm đạt được cao hơn. Điều này rất quan trọng cho nhiều ứng dụng thực tế, đặc biệt trong việc dựng laser bỏn dẫn cụng suất cao làm nguồn bơm cho laser rắn, nguồn kớch thớch trong việc đo phổ huỳnh quang của cỏc vật liệu khỏc nhau [5].
KẾT LUẬN
Laser diode cụng suất cao cấu trỳc giếng lượng tử GaInP/GaAs phỏt ở vựng phổ đỏ với hai cấu trỳc hỡnh học chớnh là cấu trỳc BA (dải rộng) và cấu trỳc Taper (vuốt thon) đó được nghiờn cứu. Cỏc tớnh chất quang điện của cỏc laser cấu trỳc này đó được khảo sỏt và cho thấy:
� Với cựng cấu trỳc epitaxy, laser cấu trỳc Taper cú dũng ngưỡng hoạt động nhỏ hơn so với cấu trỳc BA. Tuy nhiờn cụng suất quang ra lớn nhất của laser cấu trỳc Taper (Pmax = 250ữ450 mW ở T=20oC) đo được cũng nhỏ hơn nhiều so với trường hợp laser cấu trỳc BA (Pmax=750 mW ở T=20oC).
� Cụng suất quang của laser diode là phụ thuộc theo nhiệt độ, khi nhiệt độ hoạt động tăng thỡ cụng suất quang ra giảm. Laser cấu trỳc BA cú nhiệt độ đặc trưng là T ~ 70 K, nhiệt độ đặc trưng của của laser cấu trỳc Taper là ~ 97 K. Từ nhiệt độ này ta cú thể ngoại suy giỏ trị dũng ngưỡng hoạt động của laser theo nhiệt độ.
� Đặc trưng phổ của laser đo được cho thấy đỉnh phổ của laser BA nằm trong dải 670 ữ 675 nm khi thay đổi dũng bơm và nhiệt độ hoạt động trong khi đú với cấu trỳc Taper phổ quang nằm trong dải hẹp hơn (671ữ 673 nm), độ rộng dải phổ bức xạ lớn nhất của laser BA là 5nm và của laser Taper là <2nm (khi dũng bơm nhỏ). Cả laser BA và Taper đều cú cấu trỳc mốt dọc phức tạp do sự thăng giỏng mốt theo nhiệt độ, dũng bơm…
� Đó tớnh toỏn hiệu suất ghộp nối quang giữa chip laser bỏn dẫn với sợi quang đa mốt cú khẩu độ số và đường kớnh lừi sợi khỏc nhau. Trờn cơ sở đú đó chế tạo cỏc module laser gồm chip laser bỏn dẫn cụng suất cao 670 nm và sợi quang đa mốt (kớch thước lừi � = 200 �m, khẩu độ số NA = 0.275), hiệu suất ghộp nối đạt được là 70%.
� Phổ phõn bố trường xa của cỏc laser cấu trỳc Taper và laser cấu trỳc BA theo hướng vuụng gúc với chuyển tiếp là tương đối giống nhau và cú độ rộng phõn bố gúc �1/e2(�)~ 50ữ55o điều này là do cỏc laser này cú cựng độ dày miền tớch cực là 1�m. Theo hướng song song với chuyển tiếp độ rộng phõn bố gúc �1/e2(//) của cỏc laser Taper là nhỏ hơn so với của laser BA. Kết quả
truyền chựm theo hướng song song với chuyển tiếp nhận được cho laser loại Taper (M1/e2 ~ 2) nhỏ hơn nhiều so với thừa số truyền chựm của laser BA (M1/e2 =22). Điều này cho thấy laser cấu trỳc Taper cú chất lượng chựm tia tốt hơn nhiều so với Laser cấu trỳc BA nờn cú nhiều ưu việt trong ứng dụng thực tế.
Cỏc bài bỏo đó cụng bố
[1] V. D. Mien, V. V. Luc, T. Q. Tien, P. V. Truong, T. Q. Cong, V. T. Nghiem, , N. C. Thanh, N. T. Ngoan, V.V. Parashchuk. Optical laser diode module preparation and
characterization. Proceeding of the 6th International Conference on Photonics and
Applications, p 416-421, Hanoi,Oct. 8th – 11th, 2010
[2] V. D. Mien, T. Q. Cong, V. T. Nghiem, P. V. Truong, N. C. Thanh, V. V. Luc, N. X. Nghia, T. Q. Tien and N. T. Phuong. Investigation of Excitation Laser module for
Raman spectroscopy based on High-power DFB 780 nm diode lasers. Proceeding of
the 6th International Conference on Photonics and Applications, p.254-260, Hanoi Oct. 8th – 11th, 2010
Tài liệu tham khảo
[1] M. J. Adams, A. G. Steventon, W. J. Devlin, I. D. Henning: Semiconductor Lasers
for Long-Wavelength Optical-Fibre Communications Systems, IEE Materials and
Devices Series, 1987
[2] M. C. Amann, J. Buus: Tunable Laser Diodes, Artech House, Boston, 1998
[3] F. Bachmann P. Loosen, R. Poprawe, High Power Diode Lasers, pages 197, 200, Springer, 2007
[4] M. J. Bastiaans The Wigner distribution function applied to optical signals. Optics Communication pages 25, 26, 1978
[5] U. Demirbas, M. Schmalz, B. Sumpf, G. Erbert, G. S. Petrich, L. A. Kolodziejski, J. G. Fujimoto, F. X. Kọrtner, and Alfred. Femtosecond Cr:LiSAF and Cr:LiCAF
lasers pumped by Tapered diode lasers. Vol. 19, No. 21 / OPTICS EXPRESS
20459, 2011
[6] R. Diehl, High-Power diode laser,Topics Appl. Phys. Springer, 2000
[7] R. W. Dixon, F. R. Nash, R. L. Hartman, and R. T. Hepplewhite, Improved light-
output linearity in stripe-geometry double-herostructure (Al,Ga)As lasers, Appl.
Phys. Lett., 29(6), pp.372,1976
[8] R. Michalzik, M. Grabherr, K. J. Ebeling: High-power VCSELs: modeling and
experimental characterization, in K. D. Choquette, R. A. Morgan (eds.): Vertical-
Cavity Surface-Emitting Lasers II, Proc. SPIE 3286, 206–218, pages 11, 15, 18, 1998
[9] V. D. Mien, V. V. Luc, T. Q. Tien, P. V. Truong, T. Q. Cong, V. T. Nghiem, , N. C. Thanh, N. T. Ngoan, V.V. Parashchuk. Optical laser diode module preparation and
characterization. Proceeding of the 6th International Conference on Photonics and
Applications, Hanoi Oct. 8th – 11th, 2010
[10] G. Nemes Intrinsic and geometrical beam classification, and the beam identification
after measurement. Proceedings of the SPIE 4932, 624. 2002
[11] A. E. Siegman New Developments in laser resonators. Proceedings of the SPIE 1224, 2, 1990
[12] ISO 11146-1:2004 Lasers and laser-related equipment –Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios – Part 1: Stigmatic
and simple astigmatic beams. International Organization for Standardization. 2004.
[13] ISO/FDIS 11146-2:2004 Lasers and laser-related equipment – Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios – Part
[14] ISO/TR 11146-3:2004 Lasers and laser-related equipment – Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios – Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test
methods.International Organization for Standardization. 2004
[15] J.E. Whiteaway, B. Garrett, G. H .B. Thompson, A. J. Collar, C. J. Armistead, and M. J. Fice, The static and dynamic characteristics of single and multiple phase-