Вестник МГТУ. 2016, №4.

Вестник МГТУ. 2016. Т. 19, № 4. С. 697–703. DOI: 10.21443/1560-9278-2016-4-697-703 699 длина волны излучения полупроводниковых лазерных диодов непосредственно связана с шириной межзонного перехода, то, используя паспортные данные лазерного диода, можно приблизительно оценить величину коэффициента изменения ширины запрещенной зоны используемого в диоде полупроводникового материала β по соотношению 2 1 2 1 1 1 λ λ β hc T T   −     = − , (4) где λ 1 – длина волны излучения лазера (обозначенная в паспортных данных как минимальная длина волны лазера), соответствующая температуре T 1 (отмечена в качестве нижней границы температуры эксплуатации), λ 2 – максимальная длина волны излучения лазера, соответствующая максимальной температуре эксплуатации T 2 . В таблице приведены значения вышеназванных параметров для серийно выпускаемых лазерных диодов марок ADL-63058TL и ADL-63058KA2 (значения взяты из паспортных данных). Расчеты, выполненные по формуле (4), показали, что температурный коэффициент изменения ширины запрещенной зоны β для этих диодов равен (–6,14 ⋅ 10 –4 ) эВ/К. Таким образом, рассчитанное по формуле (4) на основе паспортных данных значение параметра β для упомянутых выше лазерных диодов имеет такой же порядок величины, что и значения, приведенные в работе [3]. Таблица. Паспортные данные серийных полупроводниковых лазеров ADL-63058TL и ADL-63058KA2 Table. Passport data production of semiconductor lasers ADL-63058TL and ADL-63058KA2 Длина волны, нм Температура эксплуатации, ° С Рабочее напряжение, В минимальная максимальная минимальная максимальная 630 640 –10 40 2,15 В работе [8] экспериментально изучалась зависимость длины волны излучения серийно выпускаемых лазерных диодов от температуры в интервале от –80 ° С до комнатной. Показано, что длина волны излучения полупроводникового лазерного диода линейно возрастает с увеличением температуры эксплуатации. Оценка коэффициента изменения ширины запрещенной зоны на базе результатов работы [4] дает величину β, приблизительно равную (–9,9 ⋅ 10 –4 ) эВ/К. Такое высокое значение β, возможно, обусловлено тем, что материал, используемый для изготовления p-n- перехода в исследуемом лазерном диоде, имеет более высокое значение β. Нами было выполнено измерение длины волны излучения полупроводникового лазерного диода марки ADL-63058TL в диапазоне температур от 50 до 270 К (стабилизация температуры осуществлялась в вакуумном криостате) 1 . Полученные результаты свидетельствуют о том, что на графиках зависимости длины волны излучения лазера от температуры λ( T ), а также зависимости ширины запрещенной зоны от температуры E g ( T ) определяются два участка с различными значениями показателя β: первый – от 50 до 130 К, а второй – от 150 до 270 К. Величина β, рассчитанная для первого участка, равна (–2,38 ⋅ 10 –4 ) эВ/К. Для второго участка β = (–4,62 ⋅ 10 –4 ) эВ/К. Полученные результаты показывают, что в области температур 130÷150 К в полупроводниковой структуре происходят процессы, приводящие к резкому изменению зависимости значения ширины запрещенной зоны от температуры. Очевидно, что для использования полупроводникового лазерного диода в качестве датчика для измерения низких температур, как это указано в работе [1], необходимо детально исследовать поведение излучения лазерного диода в области низких температур. Одна из приоритетных задач – изучение спектрального состава излучения в области низких температур. Спектр излучения полупроводниковых лазерных диодов в области температур вблизи комнатной температуры достаточно изучен. Характер спектра определяется положением рабочей "точки" на ватт-амперной характеристике прибора. Эта характеристика имеет "излом" на пороге генерации при пороговой плотности тока, равной j пор . Как правило, ниже порогового значения j пор наблюдается режим спонтанной эмиссии, который отличается широким спектром излучения. Выше порогового значения может наблюдаться многомодовый или одномодовый режим. Кроме того, модовый состав излучения существенно зависит от конструкции и размеров резонатора [2]. Очевидно, что излучаемая лазером мощность определяется не только величиной подводимой мощности, но и коэффициентом полезного действия излучателя. В зависимости от последнего разность подводимой и излучаемой мощности расходуется на нагрев объема полупроводниковой структуры лазера, что может привести к изменению длины волны его излучения. К сожалению, в имеющейся литературе не уделяется должного внимания влиянию температуры на модовый состав излучения полупроводникового лазерного диода. В связи с этим было проведено исследование спектрального состава излучения промышленного полупроводникового лазерного диода при изменении его температуры. 1 Измерения выполнены в ресурсном центре Санкт-Петербургского государственного университета "Нанофотоника".