Оптика фемтосекундных лазерных импульсов - Ахманов С.А.
ISBN 5-02-013838-Х
Скачать (прямая ссылка):
.152 перехода мала по сравнению с диффузионной емкостью в интервале рабочих токов. Типичные значения граничной частоты модуляции COrp СИД малой площади по уровню 3 дБ — 0,1 ... 1 ГГц. Широкий спектр излучения СИД ограничивает их использование в широкополосных протяженных линиях связи из-за значительного уширения оптических сигналов, обусловленного материальной дисперсией ВС. Исключением являются СИД с длиной волны излучения в диапазоне 1,3 мкм, где материальная дисперсия кварцевых ВС становится нулевой.
Полупроводниковые инжекционные лазеры. Широкое применение полупроводниковых лазеров для высокоскоростной передачи и обработки информация обусловлено наличием у них ряда важных свойств, которыми СИД не обладают. Лазеры обычно имеют узкую спектральную линию генерации, длина волны которой не должна сдвигаться во времени и при изменении температуры, а ширина сохраняется при высокой частоте модуляции. Размеры излучающей области лазеров должны соответствовать одномодо-вьш ВС и OB, а расходимость излучения — допускать приемлемый уровень потерь при согласовании с ними.
Применяемые для передачи оптических сигналов в ВОЛС полупроводниковые лазеры обычно имеют плоский (типа Фабри — Перо) резонатор, полученный механическим скалыванием кристалла по плоскостям спайности, и эффективное четырехстороннее ограничение фотонов и инжектируемых носителей. Однако при создании эффективных ОИС для обработки сигналов важным условием является возможность интеграции лазера с другими элементами схемы на общей подложке. Объемные лазерные структуры можно попользовать только в гибридных ОИС.
Для монолитных ОИС резонаторы полупроводниковых лазеров должны изготавливаться теми же методами, что и другие интегрально-оптические устройства- Здесь !возможны два пути получения зеркал резонатора лазера: с помощью селективного травления (химического, ионного и др.) и использованием распределенной обратной связи или распределенных брэгговских зеркал вместо отражающих поверхностей плоского резонатора.
Зеркала резонатора лазера можно изготавливать также микроскалыванием слоев гетероструктуры без раскалывания подложки. Этим методом созданы лазеры на двойной гетероструктуре на основе GaAlAs/GaAs с длиной резонатора 20...30 мкм и токами накачки 16...20 мА для получения мощности излучения 3 мВт в одну сторону в непрерывном режиме, а также интегральные пары лазер — фотодиод [169].
Короткие (десятки микрометров) плоские резонаторы, изготовленные методами химического травления или микроскалывания позволяют осуществить селекцию продольных мод лазера, поскольку расстояние между ними обратно пропорционально длине резонатора и в полосе линий усиления в значительном диапазоне токов накачки может существовать только одна поперечная мода,
.153 Эффективным методом изготовления микрозеркал резонатора в виде пазов, «колодцев», является реактивное ионно-лучевое травление. Скорости травления GaAs и GaAlAs одинаковы, поэтому на поверхности гетероструктуры' после травления отсутствуют карнизы. Шероховатость отражающих вертикальных стенок «колодцев» составляет 20 ... 30 нм. Изготавливаемые этим методом резонаторы обеспечили излучательные характеристики лазеров, которые не отличаются от характеристик лазеров с плоскими резонаторами, полученными скалыванием [170].
Существенно более высокой селективности и температурной стабильности линии излучения, чем у лазеров с плоскими резонаторами, можно достичь, используя периодические структуры РОС. В структурах РОС периодическая модуляция среды создается непосредственно в активной области лазера гофрированием поверхности раздела полупроводниковых слоев. В структурах с РБЗ решетчатые отражатели располагаются по обе стороны активной области (или на одной стороне при использовании с другой плоского зеркала). Период гофра А определяется условием брэгговской дифракции s-ro порядка в соответствии с выражением (1.6) при т = т' и х = 0.
В настоящее время выпускаются одномодовые РОС-лазеры на основе InGaAsP/InP, предназначенные для передачи информации на длинах волн 1,3 или 1,55 мкм со скоростью до 2 Гбит/с. Пороговый ток лазеров не превышает 20 мА, а мощность основной моды на три порядка больше ближней высшей моды Разработаны лазерные модули, излучающие на длине волны 1,3 мкм с частотой повторения импульсов до б ГГц. Отметим, что непрерывный срок службы лазерных диодов достигает 10... 100 лет.
Существенным следствием периодической обратной связи является четкая зависимость длины волны генерации лазера от А, * что важно для спектрального уплотнения каналов информации при использовании нескольких излучателей с фиксированными длинами волн.
Хорошая температурная стабильность лазеров с резонансными отражателями, составляющая 0,05...0,1 нм/К (в несколько раз меньше, чем у лазеров с плоским резонатором), может быть значительно увеличена при использовании монолитно-гибридных схем, объединяющих на общей полупроводниковой подложке активный волновод с гофрированным диэлектрическим волноводом. В [171] было показано, что такое объединение лазера на двойной гетеро-структуре на снове GaAlAs/GaAs с волноводом из Ta2O5, на который была нанесена гофрированная пленка As2Se с А = 216,1 нм, позволило достичь температурной стабильности порядка Ю-3 нм/К. Узкая линия генерации (примерно 1,2 МГц) РОС-лазера с внешним волноводным резонатором [170] и высокая температурная стабильность длины волны открывают многообещающие перспективы применения инжекционных лазеров с распределенными резонансными отражателями в когерентной волоконно-оптической связи.
