Введение к работе
. 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 усилителя.
Исследование основных характеристик ПОУ в режиме полупроводникового кольцевого лазера (ПКЛ).
Научная новизна
-
Изучены и определены основные требования к квантоворазмерным гэтероэпитаксиальным структурам на основе InGaAsP/InP обеспечивающие максимальный коэффициент усиления на длине волны 1550нм.
-
Рассчитана и оптимизирована конструкция активного элемента ПОУ.
-
Конструированы и созданы микролинзы, обеспечивающие коэффициент связи между волокном и активным элементом ПОУ до 78%.
-
Разработан и реализован надежный способ крепления оптического световода относительно активного элемента усилителя на основе стеклянного припоя.
-
Создана адекватная математическая модель ПОУ, описывающая зависимость характеристик ПОУ от различных параметров.
-
На основе ПОУ создан полупроводниковый кольцевой лазер.
-
Показана возможность генерации кольцевого лазера как в одночастотном, так и в многочастотном режиме с заданным свободным спектральным интервалом.
-
Исследовано влияние длины кольцевого резонатора ПКЛ на ширину линии излучения.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается удовлетворительным согласием теоретических оценок и экспериментальных результатов.
На защиту выносятся следующие положения:
Созданы полупроводниковые оптические усилители на основе кванторазмерных гетероэпитаксиальных структур InGaAsP/InP, AlInGaAs/InP с длиной волны излучения 1550нм и полупроводниковые кольцевые лазеры на их основе.
За счет создания цилиндрических и пирамидальных микролинзы на конце световода можно получить коэффициент ввода в одномодовое волокно до 78%.
Увеличение коэффициента ввода и крепление световода стеклянным припоем приводит к значительному улучшению основных характеристик ПОУ (коэффициент усиления, чувствительность, мощность насыщения, коэффициент шума, надежность и долговечность).
Кольцевой резонатор, состоящий из волокна с сохранением поляризации, обеспечивает спектральную фильтрацию излучения ПКЛ.
При увеличении длины резонатора сужаются ширины линий биений продольных мод.
Практическая ценность работы
Созданные в процессе выполнения диссертационной работы ПОУ и полупроводниковые кольцевые лазеры на их основе найдут самое широкое применение в различных областях науки и техники, в том числе в оптических линиях передачи информации, медицинской и экологической аппаратуре, волоконно-оптических датчиках температуры, давления, вибрации, напряжения, в спектроскопии высокого разрешения и тд.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях. В частности:
16-й общероссийский семинар по диодной лазерной спектроскопии им. А.М.Прохорова, Москва, 26 октября 2011 г.
Международная конференция «Лазеры, измерения, информация», Санкт-Петербург, 5-7 июня 2012 г.
Полупроводниковые лазеры: физика и технология, 3-й российский симпозиум, Санкт-Петербург, 13-16 ноября 2012 г.
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 научных работах, в том числе в 4 тезисах, 6 публикациях в научных журналах.
Структура и объем диссертации
