Введение к работе
: Актуальность. :-Происходящее -в- настоящее - время интенсивное развитие высокоскоростных волоконно-оптических систем связи стимулирует поиски полупроводникового лазера, который сохранял бы одиомодовость оптического спектра в условиях прямой токовой модуляции. Как известно, обычный ннжекцнонный лазер с резонатором Фабрн-Перо при модуляции тока излучает несколько продольных мод, демонстрируя широкий оптический спектр, что нежелательно из-за дисперсионных свойств волокна. Кроме этого, шум, возникающий в лазере с резонатором „Фабрн-Перо е результате взаимодействия мод, усиливается из-за хроматической дисперсии волокна. Эти факторы существенно ограничивают пропускную способность канала передачи информации. Поэтому значительные усилия разработчиков концентрируются сейчас в области создания инжекцнонных лазеров, сохраняющих одномодовуго генерацию при высокочастотной модуляции тока. К ним относятся, например, лазеры с распределенной обратной связью, с распределенными брэгговскими отражателями, с инжекцией внешнего захватывающего сигнала, с внешним-резонатором и с коротким лазерным резонатором.
Одним из решений проблемы является лазер с составным резонатором со связью через сколы, обозначаемый аббревиатурой "С -лазер" (Cleaved-Coiipled-Cavity Laser). Прибор представляет собой два инжекцнонных лазера с резонаторами Фабри-Перо различной длины, расположенных соосио и разделенных воздушным промежутком шириной в несколько микрометров. Свойства излучения такого источника в значительной степени определяются сильным оптическим взаимодействием составляющих его резонаторов.
Основные его достоинства состоят в следующем: . Высокая чистота спектра., (одиомодовость), сохраняющаяся при высокоскоростной модуляции тока инжекции. . Возможность электронного управления частотой излучения; широкий диапазон перестройки оптической частоты.
Компактность прибора; отсутствие объемных оптических элементов, обеспечивающих селекцию продольных мод.
Расширенные возможности реализации электронных и оптоэлектронных методов контроля и стабилизации параметров излучения.
Таким образом, С3 -лазер обладает целым рядом достоинств, делающих его привлекательным для приложений источником излучения.
Актуальность диссертации обусловлена потребностью оптических систем обработки и передачи информации в источнике излучения, обеспечивающем их высокую эффективность;
Цель настоящей работы состоит в исследовании инжекционного
лазера с составным резонатором со связью через сколы (С3 -лазера),
Зависимости' спектра его излучения от геометрических и физических
параметров лазера. : ;
Научная новизна. Впервые экспериментально исследован спектр излучения С3 -лазера с регулируемой величиной зазора между составляющими его секциями. Представленные результаты содержат детальное описание поведения основных характеристик излучения " (мощности мод, оптической частоты генерации, ширины спектральной линии излучения, модового шума) при изменении токов инжекцни II величины зазора между секциями составного резонатора. Дан теоретический анализ экспериментальных результатов.
Практическая ценность работы. В диссертации показано, что С3 -лазер представляет собой источник одномодового излучения с оптической несущей, легко переключаемой прямой модуляцией тока инжекции. Функциональные возможности С -лазера позволяют использовать его в качестве излучателя в протяженных системах связи с высокой пропускной способностью, оптических системах обработки информации и системах коммутации. Результаты диссертации позволяют оптимизировать геометрические и физические параметры С3 -лазера и выбрать его рабочий режим в соответствии с требованиями конкретного практического применения.
Основные положения, выносимые на зяшнту.
1. Теоретически и экспериментально показано, что С3 -лазер
представляет собой источник оптического излучения с . дискретно
перестраиваемой в широких пределах частотой генерации, перспективный
' для применения в оптических системах связи и обработки информации.
2. Показано, что изменение величины зазора между секциями С3 -
лазера вызывает переключения генерирующей моды. Обнаружены
следующие закономерности:
а) При произвольной величине зазора любая заданная мода (нз
диапазона перестройки) может быть включена соответствующим выбором
-:- тока инжекции секцпи-модулятора. -
б) Оптимальная величина зазора лежит вблизи точки его
максимальной прозрачности; В этом случае достигается максимальный
диапазон перестройки оптической частоты и максимальная
дискриминация побочных мод (при фиксированном токе инжекции
основной секции).
в) Направление переключений частоты генерации, происходящих с
ростом тока инжекции модулятора, не зависит от выбора величины зазора
и определяется соотношением длин, сскшііі С -лазера.
3. Интегральная по спектру мощность излучения испытывает
незначительные (амплитудой -10% от среднего значения) осцилляции при
. изменении величины зазора или- тока инжекции модулятора (до превышения им собственного порога).
4. Ватт-амперная характеристика моды С3 -лазера, имеет вид
максимума, положение и величина которого регулируются выбором тока
. инжекции модулятора и зазора между . секциями. Ватт-амперная характеристика интегральной по спектру мощности излучения не зависит от тока инжекции модулятора до приближения последнего к его собственному порогу.
5. Вариация токов инжекции С -лазера вызывает глубокую
модуляцию -ширины спектральной линии его излучения. В работе
показано, что;
а) Минимальная ширина линии достигается при величине зазора,
соответствующей его максимальной прозрачности (в условиях
.фиксированной, мощности излучения) и при, "токе модулятора, не превышающем его собственного порога. .
б) В оптимальном режиме работы С3 -лазер демонстрирует
спектральную, линию более, чем вдвое, узкую в сравнении с-линией
соответствующего лазера с резонатором Фабри-Перо, работающего при
' той же полной мощности излучения.
в) При произвольной величине зазора между секциями С3 -лазера
соответствующий выбор токов инжекции позволяет установить
. спектральную линию более узкую, чем линия лазера с резонатором Фабри-Перо, работающего при той же полной мощности излучения.
.6. Радиочастотный спектр амплитудного шума моды С3 -лазера монотонно убывает в диапазоне частот 1-100 МГц. Дисперсия этого шума достигает, максимума, когда выбор токов инжекции и величины зазора
,-5--
делает равными средние по времени мощности конкурирующих мод и -минимума - при настройке лазера на одномодовый режим генерации.
7. Введение в составной лазерный резонатор дополнительной третьей секции расширяет диапазон перестройки оптической частоты и увеличивает максимальную дискриминацию побочных мод.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на III Всесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации" (Таллин, 1987г.), V Всесоюзної"! школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Проблемы совершенствования устройств и методов приема, передачи и обработки информации" (Звенигород, 1988 г.), I Всесоюзной конференции по оптической .обработке информации (Ленинград, 1988г.), Научно-технической конференции "Оптоэлектронныс методы и средства обработки информации" (Винница, 1988г.), Республиканской научной конференции "Физика полупроводниковых лазеров" (Вильнюс, 1989 г.), II Всесоюзной научно-технической ' конференции . "Метрологическое обеспечение измерений частотных и спектральных характеристик излучения лазеров" (Харьков, 1990г.), I Всесоюзной конференции по интегральной оптике (Ужгород, 1991 г.),
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ; из них 7 - тезисы Всесоюзных и Республиканских конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 99 наименований. Материал изложен на 151 странице, включая 49 рисунков и 2 таблицы.
