一、量子阱(QW)
激光器 >,8DwNuq k^pf)*p (1)QW激光器
S> f8j?n *lN>RWbM% 隨著金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積(MOCVD)技術(shù)的逐漸成熟和完善,QW激光器很快從實(shí)驗(yàn)室研制進(jìn)入商用化。QW器件是指采用QW材料作為有源區(qū)的
光電子器件,材料生長(zhǎng)一般是采用MOCVD外延技術(shù)。這種器件的特點(diǎn)就在于它的QW有源區(qū)具有準(zhǔn)二維特性和量子尺寸效應(yīng)。QW激光器與體材料
激光器相比,具有閾值電流小、量子效率高、振蕩頻率高的特點(diǎn),并可直接在較高的溫度下工作。
>Fzu]G4] LWb5C{ (2)應(yīng)變QW激光器
_Z:WgO]. (i,TxjS'od 為了進(jìn)一步改善QW激光器的性能,人們又在QW中引入應(yīng)變和補(bǔ)償應(yīng)變,出現(xiàn)了應(yīng)變QW激光器和補(bǔ)償應(yīng)變QW激光器。應(yīng)變的引入減小了空穴的有限質(zhì)量,進(jìn)一步減小了價(jià)帶間的躍遷,從而使QW激光器的閾值電流顯著降低,量子效率和振蕩頻率再次提高,并且由于價(jià)帶間躍遷的減小和俄歇復(fù)合的降低而進(jìn)一步改善了溫度特性,實(shí)現(xiàn)了激光器無(wú)致冷工作。在阱和壘中分別引入不同應(yīng)變(張應(yīng)變/壓應(yīng)變)實(shí)現(xiàn)應(yīng)變補(bǔ)償,不僅能改善材料質(zhì)量,從而提高激光器的壽命,而且可利用壓應(yīng)變對(duì)應(yīng)于TE模式、張應(yīng)變主要對(duì)應(yīng)于TM模式的特性,制作與偏振無(wú)關(guān)的
半導(dǎo)體激光放大器。
pvJsSX /&>6#3df- 引人矚目的是,GaSb基銻化物材料的研究多年來(lái)倍受重視,因其波長(zhǎng)覆蓋范圍寬,可從1.7m延展到4.5m,但材料生長(zhǎng)和器件制作比較困難,1990年以前器件性能指標(biāo)較低。經(jīng)過(guò)近十年的努力,目前MBE生長(zhǎng)GaSb基銻化物應(yīng)變量子阱激光器已在1.9 2.6m波段先后獲得室溫連續(xù)大功率工作的突破。
OG_2k3v @x>J-Owd]J (3)我國(guó)QW激光器的進(jìn)展
'w+T vOB Q<y&*o3YF| 我國(guó)從1993年年底開(kāi)始利用AIX200型低壓MOCVD系統(tǒng)進(jìn)行QW器件的開(kāi)發(fā),現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出幾十種InGaAsP系列、AlGaInAs系列材料和兩種系列的應(yīng)變QW材料,QW器件的開(kāi)發(fā)也取得豐碩的成果,完成了多項(xiàng)"863"項(xiàng)目,已形成產(chǎn)品的主要有如下器件:
NhxTSyT"t %2<G3]6^U (1)普通1.3 m QW激光器,國(guó)內(nèi)首批實(shí)用化的QW激光器產(chǎn)品,1995年開(kāi)始大量使用于移動(dòng)通信
光纖傳輸直放站。
3B(6^iS o)P'H"Ki (2)應(yīng)變QW DFB激光器系列產(chǎn)品,波長(zhǎng)覆蓋1.5~1.57 m,1996年底批量生產(chǎn)并正式投放市場(chǎng),主要作為2.5Gb/s SDH系統(tǒng)和WDM系統(tǒng)發(fā)射和信道監(jiān)控
光源。
i0($@6Lh S-"OfWg< (3)大功率高線性1.3 m應(yīng)變QW DFB激光器,1997年小批量使用于CATV光發(fā)射機(jī)。
pI>i1f=W #:v e3gWl 正在開(kāi)發(fā)的器件有:
0R,?$qM\ k,xY\r$ (1)1.3 m、1.55 m AlGaInAs高溫?zé)o致冷應(yīng)變QW激光器,"863"項(xiàng)目。
^/wvHu[# Cwxy~.mI (2)1.3 m、1.55 m補(bǔ)償應(yīng)變InGaAsP QW半導(dǎo)體激光放大器,"863"項(xiàng)目。
F6gboo)SD RZ!-,|"cwL (3)2.5 Gb/s用的QW DFB激光器與電吸收型調(diào)制器的單片光集成器件。
21$YZlhJ {XMF26C# QW激光器是發(fā)展高速光纖通信系統(tǒng)國(guó)家急需的關(guān)鍵器件。由于此項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破,大大推動(dòng)了我國(guó)光纖通信技術(shù)的發(fā)展。
\c&%F=1+* ZGHkW9b& 二、分布反饋(DFB)激光器
blcd]7nK fA
u^%jiU DFB 激
光譜線寬度要小于0.04nm,而且 DFB 激光波長(zhǎng)隨溫度的漂移相對(duì)較小,并具有高的邊模抑制比。這些特性使得 DFB 激光器非常適合密集波分復(fù)用 (
DWDM) 的通信應(yīng)用。
M@rknq@ \N\Jny (1)增益耦合DFB激光器
nf5Ld"|%9 n>tYeN)F< 增益耦合DFB激光器由于它的發(fā)射模落在中心的基模上,從物理上保證了它必然是單縱模的動(dòng)作,單縱模成品率很高,比常用的折射率耦合DFB制作工藝難度小,成本也比較低,同時(shí)它還具有其他的優(yōu)點(diǎn),如對(duì)背反射光的抑制等。最成熟的器件材料系,首推InGaAsP/InP MQW材料。
\v7M`! & R 2uo ZA, (2)電吸收調(diào)制DFB激光器(EML):
zV\\T(R) 3_W1)vd{ 直接調(diào)制DFB激光器受到馳振蕩效應(yīng)的限制,響應(yīng)速率難以越過(guò)5 Gb/s,同時(shí)在高速率下,由于伴隨著很大的正啁啾和負(fù)啁啾,使傳輸性能降低。直接調(diào)制的DFB激光器通常引入MZ調(diào)制器和電吸收調(diào)制器這兩種調(diào)制器,從光網(wǎng)絡(luò)體系考慮,調(diào)制器宜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并能與DFB激光器實(shí)現(xiàn)單片集成。電吸收調(diào)制器比MZ調(diào)制器更有吸引力是因?yàn)樗梢耘cDFB激光器單片集成使結(jié)構(gòu)緊湊,并且省去了偏振控制。韓國(guó)大學(xué)無(wú)線電工程學(xué)院研制出了用于高比特速率和長(zhǎng)拖曳光通信系統(tǒng)的集成10Gb/s電吸收調(diào)制的DFB激光器,實(shí)現(xiàn)了超過(guò)130km標(biāo)準(zhǔn)光纖的無(wú)損耗傳輸。
2*6b{}yJH W6t"n_%?" (3)可調(diào)諧DFB激光器
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n #Al.Itj 德國(guó)科學(xué)家日前演示了一種價(jià)格便宜的在整個(gè)可見(jiàn)光譜區(qū)內(nèi)可調(diào)的DFB薄膜有機(jī)物半導(dǎo)體激光器。這種DFB的發(fā)射波長(zhǎng)范圍由薄膜的厚度控制。薄膜材料為Alq:DCM。并采用聚乙烯對(duì)苯二亞甲基(PET)的可彎曲薄片作為襯底。科學(xué)家根據(jù)Alq:DCM薄膜的厚度不同(從120nm到435 nm)制作了幾種DFB激光器。當(dāng)薄膜厚度為120 nm時(shí),激光器波長(zhǎng)為604 nm;厚度為435 nm時(shí),激光器波長(zhǎng)為648 nm。實(shí)現(xiàn)了30nm的連續(xù)可調(diào)諧范圍。
hL#5:~( Gb6t`dSzz (4)光纖光柵DFB激光器
48CLnyYiF `}ak;^Me 若把光纖布拉格
光柵作為半導(dǎo)體激光器的外腔反射鏡,就可以制出性能優(yōu)異的光纖光柵DFB激光器。這種激光器不僅輸出激光的線寬窄,易與光纖耦合,而且通過(guò)對(duì)光柵加以縱向拉伸力或改變LD的調(diào)制頻率就能控制輸出激光的頻率和模式。光纖光柵DFB激光器,其線寬小于15kHz,甚至可達(dá)1kHz,邊模抑制比大于30dB,當(dāng)用1.2Gb/s的信號(hào)調(diào)制時(shí),啁啾小于0.5MHz,信噪比高達(dá)60dB。
Kc+;"4/#q <@9p|[! 三、大功率激光器
>&mlwxqv Gn+D%5)$I 近年來(lái),大功率半導(dǎo)體激光器陣列得到了飛速發(fā)展,已推出產(chǎn)品有連續(xù)輸出功率5W、10W、15W、20W和30W的激光器陣列。脈沖工作的激光器,峰值輸出功率50W、120W、1500W、和4800W的陣列也已經(jīng)商品化。
XSkN9LqZ (1)808 nm InGaAsP無(wú)鋁大功率激光器
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