Полупроводниковый оптический усилитель на длину волны 1550 нм и кольцевой лазер на его основе

• Автор: Медведев, Сергей Витальевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
АФХ — амплитудно-фазовая характеристика
ВАХ — вольт-амперная характеристика
ВтАХ — ватт-амперная характеристика
ВБР — волоконно-брэгговская решетка
ВОЛС — волоконно-оптические линии связи
КМУ — кросс-модуляция усиления
КМФ — кросс-модуляция фазы
ОВ — оптическое волокно
ОСШ — отношение сигнал/шум
ОУ — оптический усилитель
ПКЛ — полупроводниковый кольцевой лазер
ПОУ — полупроводниковый оптический усилитель
ПОФ — полосовой оптический фильтр
РБЗ — распределенные брэгговские зеркала
РОС — распределенная обратная связь
СИИ —- спонтанное излучение источника
УБВ — усилитель бегущей волны
УСИ — усиленное спонтанное излучение
УФП — усилитель Фабри-Перо
ФИ — Фабри-Перо

Оглавление
Введение
Глава 1. Полупроводниковые оптические усилители. Обзор
Полупроводниковый оптический усилитель бегущей волны
Резонансный полупроводниковый оптический усилитель
Общие положения и требования к полупроводниковым оптическим усилителям в
зависимости от условия их применения
Выводы к главе
Глава 2. Создание полупроводникового оптического усилителя
Принципы конструирования и изготовления полупроводникового оптического усилителя

Расчетный коэффициент оптического усиления
Наногетероструктуры, используемые в работе
Активный элемент ПОУ
Оптическое волокно
Формирование цилиндрических микролинз на торцах одномодового световода
Эффективное согласование одномодового световода с активным элементом ПОУ
Выводы к главе
Глава 3. Исследование основных характеристик полупроводниковых оптических усилителей

Вольт-амперные и ватт-амперные характеристики
Спектральные характеристики. Ширина линии усиления
Особенности коэффициента усиления ПОУ с квантоворазмерными гетероструктурами
Чувствительность ПОУ
Мощность насыщения
Шумовые характеристики ПОУ
Ресурсные характеристики ПОУ
Выводы к главе
Глава 4. Изучение характеристик ПОУ в режиме ПКЛ
Создание методики для исследования ПОУ в режиме ПКЛ
Ватт-амперные и спектральные характеристики ПОУ в режиме ПКЛ
Спектральные характеристики ПОУ в режиме ПКЛ на основе волокна с сохранением
поляризации
Радиочастотный спектр ПОУ в режиме ПКЛ
Выводы к главе
Глава 5. Физико-математическая модель ПОУ
Основные уравнения модели
Результаты моделирования
Выводы к главе
Заключение
Литература

Введение
Общая характеристика работы. Актуальность проблемы
Полупроводниковые лазеры и оптические усилители представляют наиболее динамично развивающуюся часть лазерной физики, а взаимосвязь фундаментальных и прикладных исследований в этой области определяет прогресс мировой оптоэлектронной промышленности.
В последние годы особое внимание уделяется волоконно-оптическим системам передачи информации. Полупроводниковые оптические усилители (ПОУ) имеют хорошие перспективы практических применений в качестве усилителей мощности выходного излучения, линейных усилителей для компенсации потерь в линиях, оптических предусилителей для повышения чувствительности приемников, оптических коммутаторов, основы полупроводниковых кольцевых лазеров, гироскопов.
Таким образом, совершенствование технологии изготовления полупроводниковых оптических усилителей является актуальной задачей, как с научной, так и с практической точек зрения.
Цель работы
Целью настоящей работы являлось создание технологии изготовления полупроводникового оптического усилителя, изучение характеристик и исследование особенностей его функционирования в режиме кольцевого лазера.
Для достижения поставленной цели решался следующий комплекс
задач:
• Разработка физико-технологических основ создания полупроводниковых оптических усилителей.
• Конструирование и изготовление ПОУ.
• Исследование факторов, влияющих на характеристики ПОУ.
• Исследование основных характеристик ПОУ.
• Физико-математическое моделирование полупроводникового оптического

растяжением активной области), так и ненапряженные (согласованные) структуры.
Геометрические размеры квантово-размерной структуры на InGaAsP/lnP с пятью квантовыми ямами на длину излучения X = 1550 нм представлены на рис. 2.4.
n-InP InGaAsP P-IllP
Рас. 2.4. Геометрия квантово-размерной структуры InGaAsP/lnP с пятью квантовыми ямами на длину волны 1550 нм.
Структура выращивалась на подложке n - InP с ориентацией (100). Концентрация Si составляла 2- Ю15 см'3. Затем растились буферный слой п-1пР толщиной 0,5 - 2 мкм, легированный Si до концентрации 5 ■ 101 см'3, и нелегированный четверной твердый раствор InGaAsP (по составу соответствует длине волны 1250 нм) толщиной 100 нм, являющийся волноводным слоем. Далее на основе нелегированного твердого раствора InGaAs, соответствующего длине волны 1550 нм, последовательно формировались пять квантовых ям. Толщина каждой ямы составляла 3 - 5 нм.
В промежутках между квантовыми ямами выращивались нелегированные барьерные (более широкозонные) слои четверного твердого раствора InGaAsP, соответствующего длине волны 1200 нм, толщиной 20 нм каждый. После этого выращивался нелегированный волноводный слой толщиной 100 нм (на длину волны 1200 нм), на который затем наращивался эмиттерный слой р-InP толщиной ~ 2 мкм, легированный Zn до концентрации 2-1018 см'3.