Модулятор добротности резонатора лазера инфракрасного диапазона

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1о822724

ОПИСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.05.79 (21) 2765288/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (51) М.Кл. Н 01 $3/11

Гасударственный комитат по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.375.8 (088.8) (43) Опубликовано 07.04.82. Бюллетень № 13

l (45) Дата опубликования описания 07.04.82 (72) Авторы изобретения

А. В. Зубаков, Л. Ф. Линник, А. И. Липтуг м „ ; и В. К. Малютенко

Институт полупроводников АН Украинской СР (71) Заявитель (54) МОДУЛЯТОР ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА

ЛАЗЕРА ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к модуляторам добротности лазеров, и может быть использовано в системах оптической связи, передачи информации и в научных экспериментах.

Известно устройство для модуляции добротности лазера инфракрасного диапазона, содержащее полупроводниковую пластину, электрически соединенную с внешним источником тока (1). Эта пластина, являясь модулятором добротности, одновременно выполняет роль одного из зеркал лазерного резонатора. Пластина изготовлена из сильнолегированного полупроводника п-типа (электронный тип проводимости, концентрация примеси более 5 10" см - ), зона проводимости которого непараболична. Источником тока является высоковольтный (Š— 3 — 5 . 10 в/см) генератор, предназначенный для изменения эффективной массы носителей тока в полупроводниковой пластине вследствие их разогрева.

Недостатком известного устройства является большое время включения модулятора — порядка 10-" с.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является модулятор. добротности лазера инфракрасного .диапазона, содержащий интерферометр с изменяемой длиной (2). Зеркала интерферометра нанесены на прозрачные для излучения лазера подложки и разделены воздушным промежутком. Расстояние

5 между зеркалами выбирается из условия максимальной отражательной способности интерферометра 2dn = к, где d — рас), 2 стояние между зеркалами интерферометра;

n — показатель преломления среды, запол-. няющей промежуток между зеркалами. к — нечетное число; Х вЂ” длина волны генерации лазера. Одно из зеркал интерферо>5 метра механически связано с пьезоэлементом. Расположение интерферометра с регулируемой по спектру максимальной отражательной способностью внутри резонатора, под углом к оптической оси лазера обеспе20 чивает в исходном состоянии. низкую добротность лазерного резонатора и .предот-. вращает генерацию лазерного излучения.

При подаче электрического сигнала на пьезоэлемент происходит изменение его ли-.

25 нейных. размеров, которое приводит к сме;. щению связанного с ним зеркала интерферометра (изменяется расстояние d и длина оптического пути Д = dn). В результате уменьшается отражательная способность

ЗО интерферометра, увеличивается доброт822724

1О конструктивная сложность блока, на кото ром укреплены одновременно пьезоэлектрический кристалл, зеркало интерферометра и 1000/О-ное зеркало лазерного резонатора.

Цель изобретения — уменьшение времени включения модулятора и упрощение его конструкции.

Цель достигается тем, что в модуляторе, добротности резонатора лазера инфракрасного диапазона интерферометр Фабри-Перо выполнен в виде плоскопараллельной пластины из германия или кремния с концентрацией примесей не более 10 4 см-, оптически связанной с импульсным источником света с энергией кванта не менее ширины запрещенной- зоны материала пластины.

На чертеже представлена схема модуля- . .хора добротности.

Интерферометр Фабри-Перо выполнен в виде плоскопаралллельной пластины 1 из ЗО германия или кремния и имеет отращающие грани 2 и 3. Полупроводниковая пластина

l является одновременно выходным отражателем лазера 4. Толщина d пластины 1

45 ность лазерного резонатора, происходит генерация излучения.

Недостатками прототипа являются большое время электромеханического включения (t) 5 10 с), определяемое временем механического передвижения блока, на котором укреплено одно из зеркал интерферометра, технологическая сложность изготовления диэлектрических зеркал интерферометра и просветляющих покрытий, а также выбрана из условия минимума отражения интерфорометра — 2 dn =- К, где К—

2 четное число. Импульсный источник света 5 освещает внешнюю грань пластины 1.

Концентрация примесей в полупроводни-. ие должна быть такой, чтобы свести к минимуму поглощение полупроводником модулируемого излучения. Такому условию удовлетворяет концентрация порядка

0 4 см -з и менее.

Модулятор работает следующим образом.

В исходном состоянии интерферометр имеет минимальную отражательную способность, обусловленную его оптической длиной Д = dn, что предотвращает генерацию лазерного излучения.

При освещении отражающей грани 2 полупроводникового интер феро метр а импульсом света от источника 5 с энергией кванта не менее ширины запрещенной зоны полупроводника в полупроводниковом интерферометре появляются свободные носи ели, изменяющие его оптическую толщину ,О, поскольку показатель преломления и зависит от концентрации свободных носителей. В результате увеличиваются отража-;ельная способность интерферометра и добротность лазерного резонатора. Происходит

65 генерация мощного импульса лазерного излучения. Оптимальной толщиной интерферометра следует считать толщину, которая обеспечивает малую (5 . 10 " мкм) полуширину спектральной линии пропускання интерферометра. Для интерферометра из

Si или Ge d „„, = 750 мкм (при этом к = 1000) . В этом случае даже небольшое изменение концентрации свободных носителей (до 10" см — ) приводит к необходимо. му изменению отражательной способности интерферометра, что позволяет избежать применения мощных управляющих источников света. Малая концентрация носителей тока в интерферометре дает возможность получить незначительное поглощение и практически максимальное пропускание модулируемого излучения.

Уменьшение времени включения по сравнению с известным устройством достигается благодаря тому, что показатель преломления и, а с ним и оптический путь лучей D в интерферометре в виде полупроводниковой пластины изменяются под действием светового импульса с энергией кванта, но не менее ширины запрещенной зоны полупроводника за время менее 10-" сек.

Время включения модулятора определяется временем рождения носителей тока в полупроводнике под действием управляющего светового импульса, а также временем установления интерференционной картины в интерферометре. Понятие времени установления интерференционной картины применимо к любому интерферометру ФабриПеро, и если в интерферометре изменяется оптический путь, то время изменения отражательной способности его определяется большим из двух времен: времени измене; ния оптического пути и времени установления интерференционной картины. Так, в известном устройстве время включения определяется временем механического изменения D, а в предлагаемом устройстве время включения при столь быстром изменении D определяется более медленным процессом— временем установления интерференционной картины, которое примерно равно времени прохождения между отращающими поверхностями интерферометра всех лучей, участвующих в интерференции. Для предлагаемого устройства число лучей, участвующих в интерференции / = 4, следовательно, время установления интерференционной картины,t> = =10-" с. Кроме того, время

d n и с включения интерферометра, а следовательно, и модулятора добротности оказывается на несколько порядков меньше у прототипа, при этом модулятор добротности одновременно служит выходным зеркалом лазерного резонатора, поэтому отражательная способность интерферометра в исходном состоянии минимальна. Управляющим источ822724

Формула изобретения

Составитель Н. Тимонин

Техред И. Заболотнова

Редактор Е. Хейфиц

Корректор С. Файн

Заказ 364/274 Изд. № 131 Тираж 629 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» ником света может служить импульсный лазер, импульсная лампа с крутым фронтом светового импульса или лампа постоянного свечения, снабженная оптическим затвором. Малое время включения модулятора добротности дает возможность увеличить на несколько порядков импульсную мощность лазера.

Модулятор добротности резонатора лазера инфракрасного диапазона, содержащий интерферометр Фабри Перо с изменяемой длиной, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени включения модулятора при одновременном упрощении его конструкции, интерферометр Фабри-Перо выполнен в виде плоскопараллельной пластины из германия или кремния с концентрацией примесей не более 10 4 см — з, 5 оптически связанной с импульсным источком света с энергией кванта не менее ширины запрещенной зоны материала пластины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Валах М. Я. Модуляция добротности резонатора ОКГ за счет изменения плазменного отражения полупроводников в условиях разогрева носителей тока. — Физи15 ка и техника полупроводников, т. 3, 1969, с. 426.

2. Патент США № 3660777, кл. 331-94.5, опублик. 1972 (прототип).