Tiempo de retardo de encendido para diodo láser

Hay algunos factores que gobiernan el tiempo de encendido del diodo láser.

El primero es la capacitancia de la unión, que es lo mismo que provoca el retardo de encendido en un diodo de unión común. Bajo polarización directa, la capacitancia es proporcional a la corriente y al tiempo de tránsito del diodo, al igual que con cualquier diodo de unión pn .

El segundo es exclusivo de los diodos láser.

Por debajo de cierto umbral en el que comienza el láser, el dispositivo actúa como un LED ordinario. Cuando la corriente aumenta hasta el punto en que la ganancia del láser es igual a la pérdida de la cavidad y los espejos, comienza el láser y la salida de luz aumenta repentinamente. Es en este punto que se considera que el diodo láser está encendido.

Lo que causa el retraso es simplemente el tiempo que lleva llegar al umbral de corriente.$I_{th}$Para un dispositivo ideal sin capacitancia, el tiempo de encendido es

Pongamos una función escalonada de voltaje a través de un láser desde una fuente de voltaje de baja impedancia. El aumento de corriente está limitado por la inductancia en serie. Use alambres de unión múltiple y un buen empaque para eliminar esto de manera efectiva. Entonces tenemos una función de paso en la corriente. [He hecho esto con múltiples interruptores FET rápidos en el sustrato del láser]. Hay dos procesos que ahora limitan la forma en que se enciende el láser. El primero es qué tan rápido se termalizan los portadores en el pozo cuántico. Esta vez es el proceso de transporte de semiconductores más lento, más lento que la difusión de la corriente, etc. (pero aún bastante rápido, ps). El segundo y más común efecto particularmente con los diodos láser estándar es la ganancia limitada por viaje de ida y vuelta.
Un láser semiconductor de 3 mm con un índice de refracción de 3 tiene una longitud óptica de 9 mm y un tiempo de ida y vuelta de 60 ps. Entonces, por ejemplo, un láser de ganancia conmutada tiene que esperar hasta que la corriente exceda la transparencia, luego esperar a que un fotón afortunado baje por la guía de ondas en el modo confinado (principalmente responsable de la fluctuación en los láseres de ganancia conmutada) y luego, dependiendo de la dinámica de la corriente (que establece la ganancia de ida y vuelta por pase), cuántos pases se necesitan para que la salida del láser esté "encendida": algo cercano a su potencia de salida CW. Uno puede tener una idea de lo que se necesita al notar que un láser de 1 mW a 1,24 um (1 fotón eV) emite 6,24 x 10 ^ 15 fotones / seg. En un tiempo de ida y vuelta de 60 ps, ​​es decir, 3,75 x 10 ^ 5 fotones, los medios de ganancia deben reemplazarse por tiempo de ida y vuelta. [Los láseres CW siempre funcionan con una ganancia de 1.] Si el acoplador de salida es, digamos, 10% transmisivo, la luz circulante es solo 10 veces la luz de salida. Entonces, dado que la ganancia no es mucho mayor que 1, ¿cuántos pases se necesitan para acumular suficientes fotones en la cavidad para que pueda considerarlo? Desde aquí, debe ingresar directamente a la dinámica del portador cubierta en cualquier texto láser. Pero para acotarlo, supongamos que obtiene una ganancia de ida y vuelta de 2. Eso es alrededor de 24 pases. (pero la ganancia no es constante, etc.) que se necesita para "encender" el láser. Por lo general, la inductancia en serie limita la tasa de aumento de la inyección del portador, por lo tanto, hay un transitorio complicado de corriente ascendente seguido de una emisión estimulada retrasada a medida que aumenta la densidad de fotones en la cavidad. En la práctica, los láseres de telecomunicaciones nunca se apagan. Al mantener la salida de espacio entre el 5 y el 10 % de la salida de la marca, solo necesita unos pocos tiempos de ida y vuelta y un cambio de corriente más pequeño para volver a encender el láser. Los fotones adicionales en la cavidad también aceleran el apagado del láser, ya que "apagado" ahora es el 10% de "encendido", por lo que la emisión espontánea dominará la eliminación del portador en lugar del tiempo de decaimiento espontáneo mucho más largo (~ 1 ns). Espero que ayude. Yo uso el libro "Lasers" de Steigman pero estoy seguro de que hay tratamientos más recientes. Al mantener la salida de espacio entre el 5 y el 10 % de la salida de la marca, solo necesita unos pocos tiempos de ida y vuelta y un cambio de corriente más pequeño para volver a encender el láser. Los fotones adicionales en la cavidad también aceleran el apagado del láser, ya que "apagado" ahora es el 10% de "encendido", por lo que la emisión espontánea dominará la eliminación del portador en lugar del tiempo de decaimiento espontáneo mucho más largo (~ 1 ns). Espero que ayude. Yo uso el libro "Lasers" de Steigman pero estoy seguro de que hay tratamientos más recientes. Al mantener la salida de espacio entre el 5 y el 10 % de la salida de la marca, solo necesita unos pocos tiempos de ida y vuelta y un cambio de corriente más pequeño para volver a encender el láser. Los fotones adicionales en la cavidad también aceleran el apagado del láser, ya que "apagado" ahora es el 10% de "encendido", por lo que la emisión espontánea dominará la eliminación del portador en lugar del tiempo de decaimiento espontáneo mucho más largo (~ 1 ns). Espero que ayude. Yo uso el libro "Lasers" de Steigman pero estoy seguro de que hay tratamientos más recientes.