Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
Гораздо проще решается проблема стыковки СИД с ВС при использовании излучателей, торцевого типа. Конструкция их весьма схожа с конструкцией мезаструктурного инжекционного лазера без резонансной обратной связи. Активная область торцевого СИД сверху и снизу ограничена слоями полупроводника с меньшим показателем преломления, образующим, двойную гетероетрукту-ру, а с боков — канавками, расстояние между которыми выбирается под диаметр сердцевины ВС. Образованный вокруг активной области ^волновод достаточно эффективно каналирует свет к излучающей поверхности СИД, площадь которой много меньше площади активной области. Поэтому если перепоглощение излучения в активном слое мало, то яркость излучения на выходе торцевого СИД может существенно превысить яркость поверхностно-
0}
6)
Рис. 6.10. Методы увеличения эффективности ввода излучения СИД в ВС с помощью микролинзы, наклеенной ,на излучающую площадку (а), придания выходной поверхности СИД сферической формы (б) и интегральной лннзы, выращенной на подложке СИД (в) [5]
.151го источника. Вытравив сзади активной области канавку, параллельную торцу, или придав ей конфигурацию уголкового отражателя, можно еще дополнительно увеличить яркость торцевых СИД.
Расходимость по уровню половинной мощности в плоскости р—гьперехода у торцевых СИД составляет 60...80° (в зависимости от длины СИД), а в перпендикулярной плоскости 20...60°. Управляющие токи для СИД составляют обычно 100-..200 мА, а выходная мощность 1... 6 мВт.
Диаграмму направленности торцевых СИД можно улучшать, используя структуру большого оптического резонатора, в котором очень тонкий активный слой помещается внутрь достаточно толстого волновода с малым коэффициентом поглощения излучения. Наличие раздельного ограничения излучения и носителей позволяет уменьшить расходимость излучения и увеличить его эффективность ввода в ВС. Кроме того, увеличение плотности носителей в активной области сокращает их спонтанное время жизни и увеличивает тем самым полосу частот модуляции излучения. Использование микролинзового ввода излучения торцевого СИД в ВС позволило увеличить эффективность связи примерно в 5 раз [5].
Сравнение эффективности ввода в многомодовый ВС мощности от поверхностного и торцевого СИД показывает, что при малой числовой апертуре ВС (Л^Л^0,2) торцевой СИД на 20..-50% эффективнее поверхностного (при диаметре сердцевины ВС, который больше диаметра излучающей площадки поверхностного СИД и ширины активной области торцевого СИД). При числовой апертуре ВС iV/l«0,3 эффективность ввода излучения в ВС для обоих типов СИД сравнивается, а при NA^0,4 поверхностный СИД обеспечивает большую введенную мощность, чем торцевой (до 0,5 мВт при диаметре сердцевины ВС 50 мкм) [115].
Выпускаемые торцевые СИД на GaAsP/InP с длиной волны излучения 1300 нм дают на выходе отрезка одномодового ВС, состыкованного с ним в торец, мощность до 100 мкВт при токе до 100 мА. Поверхностные СИД, изготовленные из того же материала, дают в тех же условиях в несколько раз меньшую мощность при стыковке с одномодовым ВС. Суперлюминесцентный диод благодаря усилению сигнала в активной области и лучшей диаграмме направленности имеет на выходе отрезка одномодового ВС, состыкованного с ним в торец, мощность до 0,5 мВт при собственной мощности 5 мВт.
Модуляционная характеристика СИД для малого сигнала может быть представлена в виде
P (ю)/Р0 = (1 + (^)2?-1 /2, (6.23)
где Po — мощность излучения при постоянном токе; X — время жизни носителей; со — угловая частота. Выражение (6.23) справедливо и для больших сигналов, если значение х можно считать постоянным и емкость объемного заряда или паразитная емкость
.152перехода 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 тари 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 лодложке. Объемные лазерные структуры можно попользовать только в гибридных ОИС.