Схем. Характеристики интегрально-оптических

Эффективность излучения света

Одной из важнейших характеристик светового излучения полупроводниковых лазеров, которая еще не обсуждалась, является эффективность преобразования электрической энергии в оптическую. Лазерные диоды, работающие выше порогового уровня, имеют приблизительно в 100 раз большую эффективность, чем светоизлучающий диод, изготовленный из того же материала.

Такое улучшение эффективности происходит за счет нескольких факторов.
Как ранее упоминалось, генерация фотонов с помощью стимулированного излучения имеет сравнительно низкую вероятность возникновения по сравнению с вероятностью спонтанного излучения в случае неинвертированнои населенности, как это происходит в светоизлучающем диоде (СИД). Однако, когда есть инверсия населенностей, как в лазере, вероятность стимулированного излучения становится очень большой, даже больше вероятностей спонтанного излучения и безызлучательных рекомбинаций электронно-дырочных пар. Например, внутренняя квантовая эффективность в лазерном диоде примерна в 10 раз выше, чем в СИД. Фактически, если лазерный диод охлаждается до 77К, для снижения температурного разброса электронов и дырок по энергиям его внутренний квантовый выход может приблизиться к 100%.
Если фотоны образовались, то они также имеют меньшие потери в лазерах, чем в СИД. Фотоны в лазерных модах проходят главным образом в области инверсионной населенности, в которой внутризонное поглощение подавляется за счет недостатка электронов вблизи края валентной зоны и незаполненных состояний вблизи края зоны проводимости. Фотоны в СИД двигаются главным образом в безынверсном объеме материала. Таким образом, внутреннее перепоглощение испускаемых фотонов в лазере намного меньше, чем в СИД. Кроме того, фотоны, излучаемые из лазеров, образуют пучок света с много меньшей расходимостью, чем фотоны, излучаемые из СИД, что позволяет собирать (или вводить) больше света в заданном месте. Вследствие совместного эффекта снижения внутреннего перепоглощения высокой коллимации пучка и возрастания внут- реннего квантового выхода можно ожидать, что полупроводниковые лазеры будут иметь внешний квантовый выход примерно в 100 раз выше, чем у сопоставимых СИД. Так как лазеры и СИД работают при одинаковых напряжениях, возрастание внешнего квантового выхода переводится в пропорциональное возрастание всей энергетической эффективности.