Введение к работе
Актуальность темы
Полупроводниковые лазеры представляют наиболее динамично развивающуюся часть физики и технологии полупроводников, а взаимосвязь фундаментальных и прикладных исследований в этой области представляет прогресс мировой оптоэлектронной промышленности.
Одним из наиболее важных применений полупроводниковых лазеров является волоконно-оптическая связь. Здесь предъявляются взаимосвязанные требования к волоконным световодам и источникам излучения, таким, как полупроводниковый лазер, для повышения основного параметра линий связи - пропускной способности. Существенными характеристиками волоконного световода являются потери пропускания и хроматическая дисперсия. В настоящее время, когда в волоконных световодах достигнут теоретический предел потерь пропускания, больше внимания уделяется хроматической дисперсии. При этом взамен традиционных лазеров, использующих резонатор Фабри-Перо и обладающих широким спектром генерации в режимах прямой модуляции с высокой скоростью, потребовались новые источники излучения. К таким устройствам относятся динамически одночастотные лазеры, которые устойчиво работают в режиме генерации одной продольной моды даже при высокочастотной прямой модуляции.
В работе представлены последовательные этапы создания и исследования динамически одночастотных полупроводниковых лазеров.
Первые одночастотные лазеры с коротким резонатором на длине волны 840 нм на основе арсенида галлия появились в начале шестидесятых годов.
В 1978 году появились первые работы о создании полупроводниковых лазеров на основе твердых растворов InGaAsP с длиной волны излучения 1300 нм [1,2]. Однако для получения высокоэффективных приборов, работающих в одночастотном
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ І
БИБЛИОТЕКА і
те Mo/»trf3(/%
4 режиме генерации на длине волны 1550 нм, потребовались десятилетия [3].
Для создания физико-технологических основ динамически одночастотных полупроводниковых лазеров для волоконно -оптических линий связи со спектральным уплотнением каналов требовалось понимание фундаментальных физических и технологических процессов в лазерах с волоконно-брэгговскими решетками [4,5]. Таким образом, диссертационная работа, посвященная созданию технологии изготовления и исследованию динамически одночастотных полупроводниковых лазеров с волоконно-брэгтовской решеткой, является актуальной как с научной, так и с практической точек зрения.
Цель работы
Основная цель работы состояла в исследовании свойств, разработке физических основ и технологии получения динамически одночастотных полупроводниковых лазеров с волоконно-брэгговской решеткой.
Для достижения поставленной цели решался следующий комплекс задач:
расчет и конструирование одночастотного полупроводникового лазера с внешним дисперсионным резонатором на основе волоконно-брэгтовской решетки;
разработка физико-технологических основ создания одночастотных полупроводниковых лазеров с волоконно-брэгтовской решеткой;
исследование основных электрофизических и оптических характеристик одночастотных лазеров с волоконно-брэгговской решеткой.
Научная новизна
При выполнении диссертационной работы получены следующие новые научные результаты:
- рассчитаны и определены условия работы динамически
одночастотных полупроводниковых лазеров с внешним
дисперсионным резонатором на основе волоконно-брэгговской
решетки;
предложена и реализована конструкция и базовая технология изготовления одночастотных полупроводниковых лазеров с волоконно-брэгговской решеткой;
на основе разработанной технологии созданы динамически стабильные одночастотные полупроводниковые лазеры с волоконно-брэгговской решеткой в диапазоне длин волн 980.... 1550 нм с шириной линии излучения менее 1 МГц.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается удовлетворительным согласием теоретических оценок и экспериментальных результатов.
Представленные результаты, по которым сформулированы научные положения, получены впервые.
Практическая ценность работы
Полученные лазеры нашли широкое применение в различных отраслях науки и техники и, особенно, в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) со спектральным уплотнением информационных каналов (WDM и DWDM)
Научные положения, выносимые на защиту
-
Результаты исследования процессов создания одночастотных полупроводниковых лазеров на основе InP и GaAs, условия получения динамически одночастотного режима генерации полупроводникового лазера с внешним резонатором на основе волоконно-брэгговской решетки и разработанные принципы конструирования лазеров с ВБР.
-
Конструкция одночастотного полупроводникового лазера с внешним селективным резонатором на основе волоконно-брэгговской решетки, включающая:
- активный элемент лазерного диода;
- одномодовый волоконный световод с волоконно-брэгговской
решеткой и со сферической линзой на конце;
микроохладитель (элемент Пельте);
микропечь;
фотодиод обратной связи;
корпус типа 14 pin DIL или "Баттерфляй".
З.Промышл енная технология изготовления одночастотного полупроводникового лазера с внешним селективным резонатором на основе волоконно-брэгтовской решетки.
4. Создание ряда одночастотных полупроводниковых лазеров на основе волоконно-брэгтовской решетки с длиной волны излучения 980 нм, 1064 нм, 1300 нм, 1550 нм.
5.Исследования одночастотных полупроводниковых лазеров с
ВБР на длинах волн 980 1550 нм. Найдено, что генерация
происходит на длинах волн в узком спектральном интервале менее 1 МГц, задаваемом спектральной селективностью брэгговских волоконных решеток (~1 - ЗА).
6. Результаты исследований, показывающих, что при настройке
лазера на максимум мощности линия генерации сужается, и спектр
генерации становится одночастотным со степенью подавления
боковых мод более 30 дБ.
7. Результаты исследований, показывающих, что спектр
генерации у лазера с волоконно-брэгтовской решеткой остается
одночастотным в широком интервале изменения температуры и тока
накачки, как в непрерывном, так и в импульсном режиме работы.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских, международных конференциях и симпозиумах. В частности:
-IX Международная научно-техническая конференция "Высокие технологии в промышленности России", г. Москва, сентябрь 2003 г.;
- Пятый Всероссийский симпозиум по прикладной и промышленной
математике, г. Кисловодск, 2004 г.
Передающие оптические модули ПОМ-21, ПОМ-22, ПОМ-23 демонстрировались на международных выставках:
Лазер-2001, Лазер-2003, г. Мюнхен, ФРГ;
"Связь-Экстком", г. Москва, 2002,2003, 2004 гг.
>&шшш
7 Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 научных работах, в том числе 6-й тезисах докладов и 2-х научно-технических отчетах.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы 106 страниц, включающих 3 таблицы и 42 рисунка.
