Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7253
(13) U
(46) 2011.04.30
(51) МПК (2009)
H 01S 3/08
(54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ОДНОМОДОВОГО РЕЖИМА
РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА
(21) Номер заявки: u 20100860
(22) 2010.10.14
(71) Заявитель: Белорусский государ-
ственный университет (BY)
(72) Авторы: Козлов Владимир Леонидо-
вич; Стецик Виктор Михайлович (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский госу-
дарственный университет (BY)
(57)
Устройство контроля одномодового режима работы полупроводникового лазера, со-
держащее оптически связанные управляемый лазер, линзу, анализатор, первый фотопри-
емник и управляемый источник тока, выходы которого соединены с входом управления
лазера и измерительным блоком, отличающееся тем, что в него введены оптически свя-
занные светоделитель, зеркало и второй фотоприемник, расположенный в дальней зоне
диаграммы направленности лазерного излучения, а также дифференциальный усилитель,
входы которого соединены с выходами первого и второго фотоприемников, а выход - с
входом измерительного блока.
(56)
1. Коростик К.Н., Стецик В.М. Интерферометрический контроль одномодового режи-
ма работы перестраиваемого инжекционного лазера // ЖПС. - 2006. - Том. 73, № 1. - С.
119-123.
2. Патент РБ 12908. Способ контроля одномодового режима работы полупроводнико-
вого лазера / В.Л.Козлов, В.М.Стецик и др. - 2010.
Фиг. 1
Полезная модель относится к области оптического спектрального приборостроения и
может быть использована для экспресс-контроля одномодового режима работы перестра-
иваемых полупроводниковых инжекционных лазеров.
BY7253U2011.04.30

2. BY 7253 U 2011.04.30
2
Известен способ экспресс-контроля одномодового режима работы перестраиваемого
полупроводникового инжекционного лазера [1], основанный на снятии ватт-амперной ха-
рактеристика лазера, получаемой при автогетеродиноровании с использованием интерфе-
рометра Майкельсона. Однако данная система обладает сложностью практической
реализации, чувствительностью к внешним воздействиям и необходимостью юстировки
системы при переходе от одного лазера к другому.
Известен способ контроля одномодового режима работы полупроводникового лазера
[2], заключающийся в определении тока накачки лазера, при котором длина волны гене-
рации выбирается между двумя переходами на соседние моды генерации, а переходы с
одной моды генерации на другую определяют по скачку интенсивности оптического из-
лучения на выходе анализатора, причем ось пропускания анализатора устанавливают пер-
пендикулярно плоскости поляризации лазерного излучения. Однако данная система
обладает ограниченной точностью измерений.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении точности
контроля одномодового режима работы полупроводникового лазера. Решение этой задачи
имеет важное значение для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик опти-
ко-электронных технологических систем, а также может быть полезно при использовании
полупроводниковых лазеров в спектрометрической аппаратуре и системах лазерной диа-
гностики.
Для решения поставленной задачи в известное устройство [2], содержащее оптически
связанные управляемый лазер, линзу, анализатор, первый фотоприемник и управляемый
источник тока, выходы которого соединены с входом управления лазера и измерительным
блоком, введены оптически связанные светоделитель, зеркало и второй фотоприемник,
расположенный в дальней зоне диаграммы направленности лазерного излучения, а также
дифференциальный усилитель, входы которого соединены с выходами первого и второго
фотоприемников, а выход - с входом измерительного блока.
Свойство, появляющееся у заявляемого объекта, это повышение точности контроля
одномодового режима работы полупроводникового лазера, обусловленное возможностью
определять моменты перехода с одной моды генерации на другую для любой зоны гене-
рации активной области лазера.
Сущность полезной модели поясняется с помощью фиг. 1, на которой представлена
функциональная схема устройства, на фиг. 2 представлены диаграммы, поясняющие рабо-
ту устройства. Устройство содержит полупроводниковый лазер 1, блок питания лазера 2,
светоделитель 3, зеркало 4, линзу 5, анализатор 6, первый фотоприемник 7, второй фото-
приемник 8, дифференциальный усилитель 9, измерительный блок 10.
Устройство работает следующим образом. Ток накачки перестраиваемого полупро-
водникового лазера 1 регулируется блоком питания лазера 2. Излучение лазера 1 с помо-
щью светоделителя 3 и зеркала 4 разделяется на два пучка. Первый пучок направляется на
первый фотоприемник 7. Полупроводниковые лазеры обладают широкой диаграммой
направленности излучения. Фотоприемник 7 имеет малый размер и располагается в даль-
ней зоне диаграммы направленности. Второй пучок через линзу 5, анализатор 6 направля-
ется на второй фотоприемник 8.
Известно, что излучение полупроводникового лазера в режиме одномодовой генера-
ции имеет высокую степень поляризации, порядка 99 %. В предлагаемом устройстве ана-
лизатор 6 имеет ось пропускания, перпендикулярную плоскости поляризации лазерного
излучения. Следовательно, в режиме одномодовой генерации полупроводникового лазера
излучение на выходе анализатора 3 будет иметь минимальную интенсивность. Известно,
что при переходе генерации с одной моды на другую в резонаторе лазера могут генериро-
вать одновременно несколько мод, вследствие чего резко уменьшается степень поляриза-
ции. Вид стандартной перестроечной характеристики полупроводникового лазера,
полученной с выхода анализатора 6, представлен на фиг. 2а. В режиме одномодовой гене-

3. BY 7253 U 2011.04.30
3
рации лазера излучение на выходе анализатора будет минимально. При увеличении тока
накачки лазера будет происходить переход длины волны генерации с одной моды на дру-
гую, при этом в моменты перехода вследствие ухудшения степени поляризации будет по-
являться увеличение оптического сигнала на выходе анализатора. Интенсивность
излучения на выходе анализатора 6 фиксируется фотоприемником 8. С помощью линзы 5
излучение собирается со всей активной области лазера. Так как различные зоны генерации
активной области лазера могут переходить с одной моды генерации на другую в разные
моменты времени, то импульсы на выходе фотоприемника 8 имеют конечную длитель-
ность, определяемую разностью времен перехода с одной моды генерации на другую раз-
личных зон активной области лазера (фиг. 2а - кривая 1).
Так как фотоприемник 7 имеет малый размер и располагается в дальней зоне диа-
граммы направленности излучения лазера, то на него попадает излучение только одной
небольшой зоны активной области лазера. Поэтому время перехода с одной моды генера-
ции на другую имеет очень малую длительность (фиг. 2б - кривая 2). Вид перестроечной
характеристики полупроводникового лазера, полученной с выхода фотоприемника 7,
представлен на фиг. 2б. Кривые 2 и 3 соответствуют различным зонам генерации актив-
ной области лазера. Дифференциальный усилитель 9 сравнивает суммарную перестроеч-
ную характеристику с фотоприемника 8 и характеристику для выбранной зоны генерации
активной области лазера с фотоприемника 7. В результате анализа выходного сигнала
дифференциального усилителя можно сделать вывод о том, в какой момент времени каж-
дая конкретная зона активной области переходит с одной моды генерации на другую.
Сигнал с выхода дифференциального усилителя поступает в измерительный блок 10,
где фиксируются токи накачки, при которых происходит переход генерации с одной моды
на другую для любой выбранной зоны активной области лазера, и определяется ток
накачки лазера для одномодовой генерации, который будет находиться в середине участка
перестроечной характеристики лазера между двумя переходами на соседние моды генера-
ции (фиг. 2). Таким образом, в результате анализа перестроечной характеристики измери-
тельный блок 10 выбирает требуемую величину тока для обеспечения одномодового
режима работы полупроводникового лазера.
Таким образом, за счет использования второго фотоприемника, расположенного в
дальней зоне диаграммы направленности лазерного излучения, и дифференциального
усилителя обеспечивается повышение точности контроля одномодового режима работы
полупроводникового лазера.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.