Разработка и исследование излучательных характеристик мощных одномодовых InGaAsp/InP лазеров раздельного ограничения Ильин, Юрий Валерьевич

Введение к работе

Актуальность работы. Бурное развитие в области твхнологии оптических волокон и элементноЁ базы для БОЛО за последнее десятилетие привело к еозможю сти создания трансконтикентальних высокоскоростных оптических, линий передачи ий*ормации. Одной из основных проблем при создании теких линий связи является увеличение длины рвгенвра'циотшх участков до 100 и более километров. Такое увеличение длины рогенерационных участков может бить достигнуто лишь за счет применения в качестве источников излучения мощных одномодовых полупровоДіїиковых лазеров, созданных на основе InGaAsP/InP-гвтвроструктур раздельного ограничения и. имеющих значительные преимущества перед традиционными "ГС лазерами с точки зрения получения минимaльныx порогокил плотностей тока и по пленных мощностей излучения.

К моменту начала выполнения диссертационной работы (1988 год) была разработана технология изготовления InGsAsP/InP лазерных rетероструктур раздельного ограничения со свепхтонкими яктивными областями (1 "100 А). Использование таких InGaAsP/InP РО ДГС для

а

гете^^еоо7^С1г^ш^СКпо^чи"ь^И шого³шлови^Се^КТІеон"Г^Х обіапаюше newZoZZZL отческого излХнї Ошпко ZIZTkJ^ZZ ZZTcZZZ, ТГомоnZr гТ'^оГ ня осноя* S!S РО КТОсcZJ^ZZLZl n^ZZZ Z

h^JZZ^^JJ^^^^T^^TZ^ z ZZZZ1 TZZZZSZZZ7ZnZZ7JnZJrZl^

ZZJZZJZZZ * Г ГпСаАоІ/lnP (x=,.15^1 эо.„«_М)

ZlZZZZ ра^{ЗДЄЛЬН10 0Г}Р^ачччения и ^no^^u0lw исследованы их излучатэльше характеристики; установлены дштш,

конструктивные параметры для создания о; ю^доеш InGaAsP/ГиР го ДГ лазеров повншениой мощности: изучена возможность зфЮТ-. согласования полученных лазерных диодов с одашодовым оптич^.им волокном; разрасюташ и исследованы передающие оттпескил mo.w.h для сверхдальних волоконно-оптических линий связи но осіюне таких гетеролазеров.

Основная цель работы заключалась в разработке оптимальной консгрукция мощных одномодовых зарощенных InGaAsP/InP (х=1.1Б+1.55 мкм) 'гетеролазеров раздельного ограничения, исследовании иг излучателъных характеристик и создании зисокоэффективных пвредающих оптических модулей повышенной мащности для дальних волоконно-оптических линии саязи.

Достижение поставленной цели включало следующие основные этапы.

1. Проведение исследований по выбору оптимальных конструктивных параметроь и получение мощных одномодовых зарощенных мезаполосковых InGaAsP/InP (X=1.15+1.55 мкм)-гетеролазеров раздельного огразд-вния.

2. Исследование излучательных характеристик полученных мощных пдномодовых зарощенных InCaAsP/lnP- гетеролазеров раздельного ограничения с длинами волн излучения х=1.15-И.55 мкм.

3. Проведение исследований по эффективному согласованию мощных одномодовых зарощенных ШСаАзРЛпР (х=1.3; 1.55 мкм) РО ДГ л"зеров с одномод^вым оптическим волокном, разработка конструкции передающего оптического модуля повышенной мощности для дальних -олоконно-оптических линий связи и исследование основных параметров таких оптических модулей.

Н учная новизна и практическая ценность работы заключается в том, что в ней исседовано влияние конструкции лазерной готероструктуры раздельного ограничения на устойчивую раооту. в одномодовом режиме Г8нераіда мощных мезаполосковых зарощенных \nGaAsP/InJ РО ДГ лазеров. Показано, что уменьшение толщины расширенного волновода исходной РО ДГС поз, эляет создать високоэффекткваые одномодовы^ мезаполосковые зарощенные ГгЛаАзР/1пР (х=1.15+1.Ь5 мкм) гетеролазеры раздельного ограничения оОладактив рекошпшми на сегодняшний день Гостями оитическогГизлуче^яТнепрерывном pel генерации Установлено что прогнозируемый срок служен при повышенных гостях излучения в таки лазерных диодах может достигать Ю 000 часов ппикомна^ой"шшL Предложено решение ряда текнодаг^о^Г поХм ш пїволявші '' ранее сосать ч4ко ^їїїіе Г аюше ^ибош с маіІ шинной активной 4;аст;, (»<5 Z) На осшвзТіЇЇх одномодошГ мТзашлос овых

заращенных InGaAsI/InP РО ДГ лазеров разрабоганы высокоэффективные передающие оптические модули для дальних

ВОЛОКОШО-ОПГИЧЄСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ и ЯОДробНО ИССЛ9Д0РЭДЫ кх

основные параметры.

Основные положения и резул, гати, выносимте на защиту, сводят-ся к слэдукщему:

4. Падение дасДеренциальной квантовой эффективности и сверхлиней-ное возрастание пороговой плотности тока при уменьшении лтаны резонатора лазерных диодов раздельного ограничения в системе InGaAsP/InP обусловлено возрастанием внутренних, оптических потерь и увеличением скорости бвзызл.-чательной оже-рвкомбина-ции из-за роста пороговойконцентрации неравь^ве лых ь.ситела, Нонкой активной области.

5. Для достижения максимальных мощностей оптического излучения ; одномодовьк мезап юсковых зарощенных InGaAaP/ГпР РО ДГ лазерах необходимо уменьшить толщину расширенного волнг ода лазер ной ге"-<роструктуры раздельного ограничения до величины, не превышающей 0.2 мкм, и, за счет этого, увеличить ширину меза-полоска W до 2.5+4 мк" при сохраяении* устойчивогИдномодово-го режима генерации.

6. Для подучения максимальных мощностей оптического излучения в одномодовщс мезаполосковых зарощенных InGaAsP/Inl РО ДГ лазерах необходимо, чтобы длина резонатора лазерных диодов Ъ соответствовала достижению з них максимальной дифференциальной квантовой эффективности (r>_d).

7. На основе лазерных гет^отруктур InGaAsP/InP раздельного ограііичениH с тонким расширенным волноводом созданы одномодо-: вые мэзапслосковые зарощешше РО ДГ лазеры с мощностями оптического излучения 250 мВт (^=1.3 мкм), 1Б5 кВт (л =1.18 мкм) и 90 мВт (Х-1.55 мкм) в непрерывном генерации при комнатной температуре.

8. На основе мощных одномодовых мезаполосковых зарощенгых ТО InGaAsP/InP лазеров созданы передающий оптическ 'в модули с мощностью непрерывного излучения 50 мРт (х-1.? м' і) и 18 мВт (х=1.55 мкм) для сверхдальних волоконно-оптических ЛИНИЙ передачи информации.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывали ь на V Всвселзнсй конференции по физическим процессам в полупроводниковнх гетороструктурах, Калуга, 1990; 'I-3t Internaыопах Sov'.et Plber Optic Conference (ISFOC-91) USSR, ^enlngrad, 1991; 10-th Simposlum on Alloy Semiconductor Physlcs and Electronics, 1991, Japan, Na^oya; III European Conference on Crystal Growt ( ECCC-3 ), 1991, Hungary, Budapest; SFIE International Symposium on Lasers, Sensers, and Spectroscopy (Section: Laser Diode Technology and Applications IV ), 1992, USA, Los Angeles, 'Second International Russian Fiber Optics and Telecommunicatlon Conlerence (ISFOC92), 1992, St.Petersburg, Russia.

Публикации :' По материалам диссертационной работы опубликов8"но 11 работ, список которых приведен в конце пБторефератЕ

Объем работы. Дисйертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка' цитируемой литературы. Общий объем да сертации составляет 129 страниц, из них 68 страниц текста, 48 страниц с рисяжами, 2 страницы с таблицами. Список цитируемой литературы включает 50 наименований.