Условие для усиления света в активной области

Взаимодействие потока фотонов с энергией с актив­ной зоной гетероперехода приводит к изменению плотности этих фотонов оп­ределяемой разностью скоростей переходов между уровнями двухуровневой системы:

где S₂₁=S₂₁(спон.)+S₂₁(вын.); S₁₂=S₁₂(погл.)

За время dt фотоны проходят в активной зоне вдоль границы соединения гетеропары расстояние

n- показатель преломления полупроводника в активной зоне.

Вместо (35) получим:

Введем вместо , выражение для потока фотонов через интенсивность Тогда (36) преобразуется к следующему виду:

Из этого выражения следует, что если , то при прохождении пото­ка фотонов через активную область расстояние равное dz, происходит умень­шение их интенсивности ().

Используя соотношения (27), (28) и (29) уравнение (37) преобразуется к

виду:

В условиях, когда вынужденное излучение превалирует над сион'ганным и (лучением, имеем:

или с учетом (30):

Решением этого уравнения является экспоненциальная зависимость :

где - постоянная, определяемая как первоначальная интенсивность света при z= 0. Обозначая через α, называемым коэффициентом поглощения, зависимость (40) можно записать в общеизвестной форме:

Зависимость I_v (z) можно записать в общеизвестной форме:

(41)

При значениях α > 0 формула описывает процесс поглощения фотонов в активной зоне гетеролазера. Если же в активной зоне созданы условия, при которых α < 0, то эта формула описывает закон экспоненциального рост интенсивности света при прохождении через активную область. Условие α < 0 выполняется, если .

Это условие автоматически выполняется, когда активная область удовлетворяет требованию БКП, т.е.

Таким образом, если приложенное внешнее напряжение прямого смещения достаточно для создания и поддержания условия БКП, т.е. инверсной населенности уровней, то в активной области гетероперехода происходит усиление света.