Инжекционные лазерные усилители бегущей волны на основе двойных гетероструктур

• Автор: Табунов, Валерий Павлович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 c. : ил

ВВЕДЕНИЕ: ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ ПЛУ;

История вопроса и современный этап исследований

ГЛАВА I. ОПТИЧЕСКОЕ УСИЛЕНИЕ В ИНЖЕКТИРУЕМЫХ ЛАЗЕРНЫХ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ

, І.І. Теоретическая модель для расчета оптического

усиления в лазерных гетероструктурах

1.2. Сравнение экспериментальных и расчетных данных на примерах лазерных гетероструктур в системах

СаЖМ и УпбаЛяР

ГЛАВА 2. СТАЦИОНАРНЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ИНЖЕКЦИОННЫХ ПЛУ Расчет !

2.1. Стационарные передаточные характеристики гетероусилителя при узкополосном входном сигнале
2.2. Переходные процессы при импульсных входных
сигналах
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ГЕТЕРОУСИЛИТЕЛЕЙ
3.1. Экспериментальные образцы и блок-схема эксперимента
3.2. Определение параметров ПЛУ по характеристикам суперлюминесцентного излучения
3.3. Прямое измерение стационарных и динамических передаточных характеристик ПЛУ
3.4. Амплитудные шумовые характеристики ПЛУ
3.5. Перспективы применения ПЛУ в оптических ретрансляторах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ: ПОЛУПРОВОДНЖОВЬЕ ЛАЗЕРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ:
История вопроса и современный этап исследований.
В настоящее время неуклонно растет практический интерес к достижениям полупроводниковой квантовой электроники.

К числу наиболее важных, решаемых на данном этапе технических задач, относятся проблемы передачи, обработки и хранения информации. Развитие различных отраслей науки и техники приводит к непрерывно увеличивающемуся объему информации. Для запоминающих устройств ЭВМ в настоящее время требуется объём

памяти порядка 10 бит, а требуемая скорость передачи информации для ЭВМ 10*°-10*2 бит/с и для линий связи Ю8-Ю*8 бит/с. Такие значения объёма памяти и скорости передачи информации для традиционной электроники практически недостижимы. Электронные каналы передачи информации обладают и рядом других серьёзных недостатков. Это, например, низкая помехозащищенность каналов, возникающая вследствии взаимного влияния элементов при высоком уровне плотности монтажа. Борьба с помехами требует надежного экранирования электронной аппаратуры, что в свою очередь, приводит к сложным и дорогостоящим техническим решениям.
Существующий прогресс в решении подобного рода проблем возможен при совместном использовании электронных и оптических явлений.
Бурное развитие лазерной техники, а так же привнесение методов когерентной и некогерентной оптики в современную электронику (в основном полупроводниковую) привело к появлению качественно нового направления в науке и технике - оптоэлектроники.
На базе оптоэлектроники были созданы принципиально новые приборы и опробованы принципиально новые методы, которые наш-

ли широкое применение б электронике, измерительной технике, связи и т.д.
В настоящее время все более отчетливо наблюдается тенденция использования методов когерентной и некогерентной оптоэлектроники при передаче, хранении и обработке информации. Перспективы развития оптоэлектроники в данном направлении определяют такие её принципиальные достоинства как:
1. Высокая информационная ёмкость оптических каналов,
обусловленная высокой частотой (Ю13-1015 Гц) оптических колебаний, на несколько порядков превышающей частоты электромагнитных колебаний.
2. Высокая плотность записи информации в оптических запоминающих устройствах (порядка 103 бит/см2), обусловленная малой длиной волны оптических колебаний.
3. Передача информации осуществляется электрически нейтральными частицами-фотонами, что определяет высокий уровень помехозащищенности каналов информации.
Мощным стимулом в разработке и исследовании элементов оптических информационных систем явилось создание полупроводниковых инжекционных лазеров.
Обладая высокой эффективностью преобразования электроэнергии в когерентный свет, высоким быстродействием, миниатюрными размерами, допуская высокую степень интеграции и простую модуляцию излучения непосредственно током инжекции эти приборы являются в настоящее время наиболее перспективными для использования в качестве активных элементов оптических информационных систем [15, 14+16, 31]
Наряду с созданием инжекционных полупроводниковых лазеров, важным моментом в развитии оптоэлектроники явилась разработка волокон с низкими оптическими потерями (менее 1,0 дБ/км), что
-боки" [52] , когда конфигурация и расположение активной области в пределах исследуемого образца легко варьируется соответствующей фокусировкой возбуждающего пучка. В данной работе аналогичные измерения цроведены на двойных гетероструктурах (ДГС) при инжекционной накачке, что потребовало изготовления полосковых лазерных диодов специфической конфигурации М . Кроме того, как будет ясно из последующего изложения (см. гл. 8), использование результатов работы [44] позволило оценить основные параметры инжекционных полупроводниковых лазерных усилителей (ИДУ), работающих при комнатной температуре. Использование ДГС допускали получение непрерывного лазерного режима цри комнатной температуре (пороговая плотность тока составляла jn=S * 5 кА/см^) Толщина активного слоя составляла около 0,5 мкм. В зависимости от концентрации алюминия в этом слое максимум коэффициента усиления достигался на длинах волн 820 - 840 нм. Область инжекции представляла собой последовательность узких контактных полосок размером 250x15 мкм, изготовленных фотолитографическим методом (рис. 1.2.5).Ось полосок составляла угол 5° с нормальюк сколу кристалла, что предотвращало возвращение
отраженной доли суперлюминесцентного потока в канал усиления.
В зазорах между контактными площадками шириной 30 мкм верхний слой р - СоЛб удаляется методом селективного травления, что допускало наблюдение спонтанного излучения из канала усиления без искажения спектра, связанного с собственным поглощением полупроводника. Электрическая цепь обеспечивала последовательное подключение контактных полосок с сохранением постоянной плотности тока во всех инжектируемых областях. Входная щель монохроматора обеспечивала практически полный захват диаграммы направленности суперлюминесценции. Использование узкого протяженного канала усиления позволяло при количественных