Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [ 95 ] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

гями активного слоя в параллельно!" р-л-переходу плоскости пренебрегали. Это, по-видимому, справедливо для типичного «широкого» лазера, в котором площадь перехода может составлять (ш •/) = = 0,1-0,5 мм*. Однако имеется ряд соображений, в силу которых желательно уменьшить ширину активного слоя. К ним относится, во-первых, возможность снижения при этом рабочего тока. Так, если /пор остается неизменным и равным 20 А/мм*, а / = 0,5 мм, то уменьшение ш от 100 до 10 мкм могло бы снизить пороговый ток с 1 А до 100 мА. Благодаря этому существенно упростится схема управления, особенно при работе на высоких частотах. Во-вторых, уменьшение излучающей площади (w-d) позволяет улучшить коэффициент связи с волокном. В-третьих, может быть улучшена линейность зависимости выходной мощности от управляющего тока. Этими достоинствами и объясняется широкое применение «полосковой геометрии» в лазерах для

p-Gaftl/ts

ограничидашщий Слой p*CaALAs

р. Qufl 1 /ношантный

коптантный / / „

Слой \ / / Положительный

\ I I контант и тепле-

заращибапщий слой

р-п переход "-п-ЗайШ

игроничивающий слой

л-Golis подложно

Отрицательный нонтант

Пппиигиыпп ппптпипип PGaAlfis, онтидныи иолученнан протонами при х-0.03

ООласть


Роло>нительмый нонтант и тепло-отвод i,

р-еаПШ.Х0,36 %%

у-р-шлт.хцм -а а )-п-сайШ,х-015 v§5g л-СаЯт XOlS-tX

Отрицательный нонтант

Рис. 11.2. Схематическое изображение устройства лазеров с полосковой геометрией:

а - оксидное изолирование; б - изолирование протонной бомбардировкой нлн кислородной имплантацией; в ~ использование диффузии цинка; г - зарощенная гетероструктура; д - зарощенная полосковая гетероструктура

Хотя все иллюстрации относятся к GaAIAs/GaAs лазерам, те же методы могут быть использованы н при изготовлении длинноволновых InGaAsP/InP систем



связи. Как показано на рис. 9.18, аналогичная техника используется и в светоизлучающих диодах с торцевым излучением.

Полосковая геометрия может быть выполнена различными способами, некоторые из которых схематически представлены на рнс. 11.2. При использовании для формирования полоски оксидных высокоом-ных слоев, получаемых протонной бомбардировкой или диффузией цинка (рис. 11.2, а - в), достигается локализация оптической мощности или носителей тока. При этом ток локализуется в полоске шириной менее 10 мкм. Такие приборы носят название лазеров с «волноводным усилением» (gain- guided), поскольку свет локализуется в области с максимальной инверсией населенности, которая в свою очередь определяется распределением плотности тока. Значительно более сильная боковая локализация обеспечивается в конструкциях, представленных на рис. 11.2, г, , которые называются «зарощенными гетероструктура-ми» (buried heterostructure). В таких лазерах образуется «волноводный канал», (index-guided), так как заращивающий слой GaAlAs с пониженным показателем преломления образует границу волновода и ограничивает оптическое излучение, в то время как граница гетероперехода ограничивает носители тока. Структура, показанная на рис. 11.2, г, может быть получена из обычного лазера на двойной гетероструктуре вытравливанием n-GaAlAs слоя с любой стороны активной полоски и последующим выращиванием п- и p-GaAlAs слоев на вытравленной области. В зарощенной гетероструктуре ширина полоски может быть доведена до 2 мкм, что позволяет снизить пороговый ток до 10 мА и менее, но при этом полная излучаемая в воздух мощность не превышает 1 ...2 мВт. Лазеры с зарощенной гетероструктурой позволяют получить генерацию в одной моде, обладают лучшей временной стабильностью и повышенной линейностью мощности выходного излучения. В связи с этим они становятся наиболее перспективными для волоконно-оптической связи, несмотря на технологические трудности при их изготовлении.

11.2. ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛОСКОВЫХ и ЗАРОЩЕННЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРНЫХ ЛАЗЕРОВ

11.2.1. Лазерные моды

Активная область полоскового лазера образует прямоугольную полость, играющую роль резонатора для ла.зерного излучения. В таком резонаторе может существовать несколько типов колебаний (мод), каждый из которых характеризуется своей частотой. На этих частотах может возбуждаться лазерная генерация и, следовательно, такие составляющие появятся в выходном излучении лазера. Каждая мода характеризуется тремя целыми числами (i, /, k), которые соответствуют числу максимумов распределения электромагнитного поля по трем взаимно перпендикулярным направлениям внутри резонатора (рис. 11.3).



На рис. 10.11 были показаны провалы в спектре спонтанного излучения. Отдельные линии соответствуют частотам продольных мод. В упрощенном виде условие резонанса соответствует целому числу полуволн, укладывающихся на длине резонатора. В действительности вопрос усложняется характером изменения диэлектрической проницаемости на границах, ({юрмой распределения усиления внутри резонатора, наличием свободных носителей, которые вызывают локальные изменения коэффициента преломления, и локальными изменениями темпе-<1атуры. Если не учитывать эти эф»фекты, легко показать, что расстоя-

Поперечмая бопаВал мода , число j


Продояьтл мода., число к» 7

Платность аптичее-

Плотность оптической маш.юсти


кой мощности

\ ОскоВкай тип

/\. Второй

/ \\ па ряд Oh

У

Рис. 11.3. Моды резонатора:

а-схематическое изображение полоскового лазера с обозначениями индексов основных мод и распределением плотности мощности; б - распределение в ближней зоне для основной поперечной пересекающей моды; в - распределение в ближней зоне для основной боковой поперечной моды н моды второго порядка (/=1, 2)



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [ 95 ] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0012