Ultrashort pulse generation by gain switching

Abstract

Bu çalışmada, yarıiletken lazerlerde kazanç anahtar lama yöntemi ile çok kısa süreli darbe üretimi modellendi. Model, Runge-Kutta-Fehlberg metodu kullanılarak sayısal olarak çözülen çok-modlu değişim denklemleri üzerine kuruldu. Standard parametreler 1.3 um InGaÂsP tepeli dalga kılavuzlu (ridge- waveguide) lazer için alınmasına ragmen, değişim denklemleri tüm yarıiletken lazerlerin mode İlenmesinde kullanılabilecek genişletilmiş bir formda elde edildi. Kazanç sıkıştırması, Âuger birleşimi ve ışımasız birleşim gibi önemli lazer diyot parametreleri dikkate alındı. Buna ek olarak, lazer diyodu boyutlarının çıkış darbe süresi üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla lazer diyodu boyutlarına bağlı olan parametreler de dahil edildi. Bu model yardımıyla yarıiletken lazere çeşitli elektriksel sinyaller uygulanarak kısa süreli optik darbeler üretildi. Darbe süresini etkileyen parametreler arasında kazançsıkıştırması, lazer diyodunun uzunlumu, kazanç sabiti ve Auger birleşiminin en önemlileri olduğu bulundu. Elde edilen sonuçlar daha önceki çalışmalarla kıyaslandığında, tek-modlu demişim denklemlerinin, özellikle büyük kazanç sıkıştırmasına veya küçük kazanç sabitine sahip çok-modlu çalışan lazer diyotlarından çok kısa süreli darbe üretimini uygun olarak modelleyemeyeceiji belirlendi. Anahtar kelimeler: yarıiletken lazer, kazanç anahtarlaması vi

In this work, ultrashort pulse generation by gain switching in semiconductor lasers is modelled. The model is based on multi- mode rate equations which are numerically solved by using Runge-Kutta-Fehlberg method. Although the standard parameters are taken for 1.3 fim InGaAsP ridge-wavaguide laser, rate equations are derived in an extended form to be used in the modelling of any semiconductor laser. The important laser diode parameters such as gain compression, Auger recombination and nonradiative recombination are taken into account. In addition, parameters depending on the semiconductor laser dimensions are also included to investigate the effects of laser diode dimensions on the output pulse duration. Short duration optical pulses are generated by applying different electrical signals to the semiconductor laser with the help of this model. Among the parameters whose effects on the pulse duration are identified, gain compression, laser diode length, gain constant and iiiAuger recombination are found to be the most important ones. Comparison of the results with the previous works indicates that single-mode rate equations can not adequately model the generation of ultrashort pulses from laser diodes operating in multi-mode, especially for the lasers having large gain compression or small gain constant. Key words: semiconductor laser, gain switching, IV