Данная работа посвящена исследованию корреляции электрического шума лазеров на квантовых точках (КТ) с шумом оптического излучения.

На кафедре статистической радиофизики в группе, занимающейся исследованием шумов, широко используется специальное многофункциональное приложение ADSViewer (рис.1), разработанное в среде NI LabVIEW [1]. Данный анализатор позволяет детально исследовать низкочастотную часть спектра сигнала, например, характеристики фликкерного шума, изучать биспектральные характеристики, рассчитывать статистические характеристики, контролировать негауссовость.

Специально для исследований корреляции был разработан модуль, вычисляю-щий нормированный кросспектр электрического и оптического каналов. Кросс-пектр является комплексной величиной, поэтому для удобства исследователя реали-зована возможность отображения отдельно реальной и мнимой частей, а также модуля и фазы.

Следует отметить, что ADSViewer позволяет одновременно работать только с одним файлом экспериментальных данных, поэтому в процессе работы образуется набор текстовых таблиц, содержащих результаты обработки. Некоторые из таких файлов могут быть сразу использованы для построения необходимых графиков, другие требуют дополнительной пакетной обработки. В нашем случае данная па-кетная обработка выполняется при помощи программ – скриптов, написанных на языке “Perl”.

Использование инструментов LabVIEW для реализации разнообразных методов статистического анализа с одной стороны и программ – скриптов для пакетной обработки полученных результатов с другой позволяет существенно сократить время исследования и избавиться от ошибок, неизбежно возникающих при ручной обработке экспериментальных данных.

В процессе эксперимента оптическая и электрическая шумовые компоненты оцифровывались и записывались в файлы по 1 млн. отсчетов на канал.

Спектр электрических шумов спадает, как 1/f^g, где g примерно равно 1, что свидетельствует о наличии ярко выраженного фликкерного шума. Спектр оптических шумов (рис.2) подвержен влиянию инерционности фотоде-тектора, что затрудняет исследование корреляции на высоких частотах. Для малых токов лазера, когда стимулированное излучение отсутствует, форма спектра аппроксимируется коэффициентом передачи интегрирующей RC-цепочки (пунктирная линия) с постоянной интегрирования t_RC=72,2 мкс: K(f)=4 10^-25/(1+(2pf)²(t_RC)²).

Горизонтальные линии в правой части рисунка показывают уровень дробового шума фотодетектора, рассчитанного по формуле Шотки. Вероятно, именно наличие дробового шума фотодетектора объясняет выход спектральной плотности мощности тока фотодетектора на константу.

В случае полной корреляции оптической и электрической шумовых компонент зависимость модуля коэффициента корреляции от частоты повторяет форму коэф-фициента передачи интегрирующей RC-цепочки. Однако модуль коэффициента корреляции спадает с частотой, как 1/f^a, где a примерно равно 1,2. Вероятно, гипотеза о полной корреляции оптической и электрической шумовых компонент неверна.

На рис.3 изображена зависимость модуля коэффициента корреляции на различ-ных частотах от тока через образец и зависимость величины постоянной составляю-щей тока фотодетектора. Наиболее интересные результаты можно наблюдать на малых частотах. Для частоты f=30 Гц коэффициент корреляции очень резко возрастает с появлением излучения и держится на уровне R = 0,7 вплоть до токов, при которых дробовой шум фотодетектора становится слишком велик. Это свидетельствует, в частности, о том, что значительная часть тока, пропускаемого через лазер, переходит в оптическое излучение.

Работа частично поддержано программой НАТО “Наука для Мира”, проект SfP-973799 и грантами РФФИ 04-02-16708 и НШ-1729.2003.2. Исследуемые лазеры изготовлены в НИФТИ ННГУ в лаборатории Б.Н.Звонкова.

[1] Андронов А.А., Беляков А.В., Гурьев В.А., Якимов А.В. //Труды 2-го рабочего совещания по проекту НАТО SfP–973799 Semiconductors. /Ред. А.В. Якимов. – Н. Новгород: ТАЛАМ, 2002, с.38; http://old.rf.unn.ru/NATO/index.html.