Новости науки 10.05.01. Вертикально-излучающие лазеры для систем оптоволоконной связи.

Полупроводниковые вертикально-излучающие лазеры (ВИЛ) находят все более широкое применение в быстродействющих оптоволоконных системах передачи информации. В настоящее время начат промышленный выпуск ВИЛ, излучающих в диапазонах длин волн вблизи l = 850 и 980 нм. Несмотря на успешное развитие технологии ВИЛ для этих спектральных диапазонов, более важной задачей является создание аналогичных приборов для длин волн l = 1.3 и 1.55 мкм.

Необходимость создания ВИЛ, работающих в этих диапазонах, связана со следующими причинами. В кварцевых стеклах, используемых для изготовления оптоволокна, минимум оптических потерь соответствует длине волны излучения 1.55 мкм. А длине волны 1.3 мкм соответствует минимальная дисперсия, что позволяет уменьшить уширение импульсов при их прохождении по оптоволокну и, за счет этого, повысить скорость передачи информации.

Рис.1. Схематическое изображение лазерных структур: a - традиционный полосковый лазер, b - вертикально-излучающий лазер. Стрелками показано направление выхода излучения из структуры.

По сравнению с традиционными лазерами полосковой конструкции (рис.1a), в которых вывод оптического излучения осуществляется через одно из зеркал, образованных торцевой поверхностью лазерной структуры, ВИЛ (рис.1b, рис.2) обладают более симметричной диаграммой направленности выводимого оптического излучения. Это обеспечивает более эффективный ввод оптического излучения в волокно. К другим важным достоинствам ВИЛ относится повышенная температурная стабильность длины волны лазерного излучения, а также возможность применения групповой технологии изготовления и тестирования. Зеркалами в таких приборах служат высококачественные распределенные брэгговские отражатели (DBR), сформированные на основе чередующихся слоев различных материалов (например, AlGaAs и GaAs) толщиной в 1/4 резонансной длины волны (с учетом показателя преломления материала). Структуры ВИЛ выращиваются методами молекулярно-пучковой эпитаксии или эпитаксии из паров металлорганических соединений.

Основные ограничения при использовании традиционной для указанных спектральных диапазонов системы материалов InGaAsP/InP связаны с относительно плохими характеристиками распределенных брэгговских отражателей. Это обусловлено меньшей (по сравнению с системой AlGaAs/GaAs) разностью коэффициентов преломления слоев InGaAsP, InAlGaAs и InP, а также низкой теплопроводностью четверных соединений. Кроме того, для лазерных диодов на подложках InP характерна относительно низкая температурная стабильность основных характеристик. Поскольку в настоящее время технология изготовления приборов на подложках GaAs по всем основным техническим и экономическим характеристикам превосходит технологию приборов на подложках InP, большое внимание уделяется созданию ВИЛ на основе тройных и четверных соединений с участием GaAs.

Рис.2. Схематическое изображение поперечного сечения ВИЛ с активной областью на основе трех слоев квантовых точек InAs/InGaAs.

В лабораториях разных стран, в том числе и в Физико-техническом институте им.Иоффе, уже созданы устройства с квантовыми ямами InGaAsN и квантовыми точками InGaAs на длину волны 1.3 мкм. Можно сказать, что на первый план сейчас выходит задача оптимизации параметров активной области и конструкции ВИЛ с целью получения приборных характеристик, удовлетворяющих основным требованиям для практического использования в волоконно- оптических системах связи [1].

1. Н.А.Малеев, А.Ю.Егоров, А.Е.Жуков и др. ФТП, 881 (2001).

перейти к началу страницы