Доктор физико-математических наук
г. Корнвестхайм
Доктор технических наук, профессор
Адрес для переписки: Мокрицкий Вадим Анатольевич – Одесский национальный политехнический университет, просп. Шевченко, 1, 65044, г. Одесса, Украина. Тел.: +38 048 734-86-36 mokrickiy37@gmail.com
Доктор технических наук, доцент
г. Одесса
Кандидат технических наук
г. Одесса
Световое саморазрушение-деградация второго типа наблюдалось в образцах полупроводниковых лазеров с электронным накачиванием энергии с высокой оптической однородностью и хорошим качеством обработки поверхности. В этих образцах появлялись повреждения в виде шнуров, перпендикулярных торцам резонатора. Согласно имеющимся представлениям о прохождении мощных световых потоков через различные среды, возникновение узких световых каналов обусловлено явлением самофокусировки. Оно относится к фундаментальным физическим механизмам распространения лазерного излучения и обусловлено нелинейными явлениями, возникающими в среде под воздействием мощного лазерного излучения. Физическая причина самофокусировки – возрастание показателя преломления n в сильном световом поле. Тепловая самофокусировка – наиболее вероятная причина перераспределения излучения в активной области кристалла. Однако не исключено, что на начальном этапе возникновения световых каналов определенную роль играет рост интенсивности излучения в отдельных участках кристалла из-за нестабильности генерации либо небольших флуктуаций плотности тока накачки. Далее процесс приобретает лавинный характер, поскольку локализация луча в канале увеличивает плотность светового излучения, что может приводить к перегреву вещества и включению механизма тепловой самофокусировки. Выполненные исследования показали, что максимальной устойчивостью к процессам деградации обладают оптически однородные кристаллы. В них величина критической мощности светового разрушения определяется порогом самофокусировки излучения в материале. Поскольку нелинейная добавка к показателю преломления Δn = n2E2 на пороге самофокусировки определяется изменением концентрации неравновесных носителей ΔN(E2), то сама величина максимальной флуктуации ΔNmax пропорциональна значению концентрации неравновесных носителей на пороге генерации ΔNпор и относительному превышению порога генерации J = (j – jn)/jn. Таким образом, низкая пороговая концентрация неравновесных носителей является одним из условий увеличения устойчивости материала к процессам деградации. В легированных кристаллах ΔNпор меньше, чем в собственных материалах. Это, возможно, и объясняет достаточно большие значение Pкр в оптимально легированном однородном n-GaAs. Меньшие значения Pкр в образцах р-типа, легированных цинком, могут быть связаны не только с неоднородностью этих кристаллов, но и с большими порогами генерации. Кроме того, сечение поглощения излучения дырками примерно в 3–4 раза больше, чем электронами, что также может снижать порог саморазрушения лазеров. При Т = 300 К пороги генерации выше, что, естественно, снижает величину порога самофокусировки.
Light self-destruction-degradation of the second type has been observed in samples of semiconductor lasers with electronic energy pumping with high optical homogeneity and good quality of surface treatment. In these samples, damage appeared in the form of cords perpendicular to the ends of the resonator. According to the current understanding of the passage of powerful light streams through various media, the emergence of narrow light channels is due to the phenomenon of self-focusing. It refers to the fundamental physical mechanisms of propagation of laser radiation and is caused by nonlinear phenomena arising in a medium under the influence of high-power laser radiation. The physical reason for self-focusing is an increase in the refractive index n in a strong light field. Thermal self-focusing is the most probable cause of radiation redistribution in the active region of the crystal. However, it is possible that in the initial stage of the appearance of light channels a certain role is played by the growth of the intensity of radiation in certain sections of the crystal because of the instability of generation or small fluctuations in the pump current density. Then the process acquires an avalanche character, since the localization of the ray in the channel increases the density of light radiation which can lead to overheating of the substance and the activation of the thermal self-focusing mechanism. The experiments performed in this paper have shown that optically homogeneous crystals possess maximum resistance to degradation processes. In them, the critical power of light destruction is determined by the self-focusing threshold of radiation in a material. Since the nonlinear addition to the refractive index Δn = n2E2 at the self-focusing threshold is determined by the change in the concentration of non-equilibrium carriers ΔN(E2), the value of the maximum fluctuation DΔNmax itself is proportional to the value of the non-equilibrium carrier concentration at the generation threshold ΔNpores and the relative excess of the generation threshold J = (j – jn)/jn. Thus, a low threshold concentration of non-equilibrium carriers is one of the conditions for increasing material resistance to degradation processes. In doped crystals ΔNpores is less than in pure materials. This, perhaps, explains the rather higher value of Pcritial in the optimally doped homogeneous n-GaAs. Smaller values of Pcritial in p-type samples doped with zinc can be associated not only with the inhomogeneity of these crystals, but also with large generation thresholds. In addition, the cross section for absorption of radiation by holes is about 3–4 times larger than by electrons, which can also reduce the self-destruction threshold of lasers. At Т = 300 K, the lasing thresholds are higher that naturally reduces the value of the self-focusing threshold.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.