Автореферат (Суперлюминесцентные диоды и полупроводниковый оптический усилитель повышенной мощности и широкополосности и приборы на их основе), страница 2

По основным техническим характеристикам этот ПОУпревосходит существующие аналоги.ИспользованиеразработанногоПОУвкольцевомоптоволоконномрезонаторепозволилоусовершенствоватьранеевыпускавшуюся модель перестраиваемого лазера, в котором былиприменены менее эффективный ПОУ и линейная схема внешнего резонатора.6На защиту выносятся следующие положения:•Разработаны новые широкополосные СЛД различных диапазоновспектра с рекордными спектральными и мощностными параметрами,обладающие достаточно высокой надёжностью.•Разработаны два новых двухканальных комбинированных источникаизлучения с центральной длиной волны спектра излучения около 860 нм,обладающие колоколообразной формой спектра шириной до 100 нм, иисточник с центральной длиной волны 880 нм, отличающийся сверхширокимспектром (200 нм).•Разработан и исследован новый высокоэффективный широкополосныйполупроводниковый оптический усилитель с центральной длиной волны1060 нм.•На основе вышеуказанного ПОУ радикально увеличены полосаперестройкиивыходнаямощностьранеевыпускавшегосябыстроперестраиваемого лазера.Практическая ценность результатов работы.Большинство из вышеперечисленных результатов работы уже насегодняшний день нашло своё практическое применение и внедрено впроизводство.

Так, компанией ООО «Суперлюминесцентные Диоды»коммерчески реализованы новые модели перспективных с практическойточки зрения светоизлучающих модулей SLD-261-HP2, SLD-340-UHP исерия приборов SLD-34, включающая в себя 24 модели, отличающиеся поконструкции и выходным характеристикам. Коммерчески реализованы новыекомбинированные источники света BroadLighter D-860-G и BroadLighterD-880-MP. Реализован новый полупроводниковый оптический усилительSOA-542 и на его основе усовершенствован быстроперестраиваемый лазерBroadSweeper-1060.Апробация работы.Основные результаты работы докладывались и обсуждались наследующих международных конференциях: Международный симпозиум«Нанофизикаинаноэлектроника»,НижнийНовгород(2012);th9 Belarusian-Russian Workshop “Semiconductor Lasers and Systems”, Minsk(2013); 6th Internetional Conference on Advanced Optoelectronics andLasers - CAOL’2013, Sudak (2013); 1st Symp.

on OCT for Non-Destruct. Testing,Linz, Austria (2013); International Nano-Optoelectronic Workshop iNOW2013,Corsica, France (2013); 16th International Conference “Laser Optics 2014”,St. Petersburg, (2014); 17th International Conference on MVPE, Lausanne,Switzerland (2014).Публикации.По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе 6 вжурналах, входящих в перечень российских рецензируемых научных7журналов ВАК министерства образования и науки РФ и 1 – в журналеProceedings of SPIE. Список публикаций приведен в заключительной частиавтореферата.Структура и объем работы.Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения,приложения и списка литературы.

Объем работы составляет 138 страницмашинописного текста, который содержит 8 таблиц, 60 рисунков, 15 формули 117 наименований библиографии.Введение включает в себя краткое описание принципов и особенностейСЛД и ПОУ, обзор альтернативных приборов, описание выходныхпараметров современных СЛД и ПОУ и их надежности и обзор приборов наих основе. Также во введении обоснована актуальность темы диссертации,сформулирована цель работы, научная новизна, практическая ценностьрезультатов работы, приведены положения, выносимые на защиту, и списокпубликаций по материалам диссертации.В Главе 1 «Новые СЛД повышенной мощности иширокополосности» продемонстрированы пути улучшения выходныххарактеристик СЛД «красного» и ближнего ИК - диапазонов спектра иприведены достигнутые рекордные параметры.Интенсивность (отн.

ед.)В Разделе 1.1 были исследованы выходные и ресурсныехарактеристики СЛД с центральной длиной волны около 670 нм на основеоптимизированной МКРС в системе (AlGaIn)PAs [5], позволившей заметноповысить достижимую выходную мощность и значительно повысить срокслужбы этих приборов. Зонная диаграмма МКРС схематически представленана Рис. 1. Образцы СЛД имеют традиционную конструкцию. На Рис.

2показан спектр одного из исследованных СЛД с длиной активного каналаLa=1200 мкм.Рис. 1 Зонная диаграмма (AlGaIn)P/GaAsМКРС.1,000,750,500,250,00655660665670675Длина волны (нм)680Рис. 2 Спектр излученияисследованного СЛД.Как по величине дифференциальной квантовой эффективности(0.2-0.3 Вт/А), так и по величине порога катастрофической оптической8деградации (КОД) (25-30 мВт) исследованные образцы оказались близки клучшим из исследованных ранее СЛД на основе подобныхнаногетероструктур. Их огромным достоинством является повышеннаянадёжность. Предварительные ресурсные испытания продолжались1500 часов при температуре 25 оС при уровнях выходной оптическоймощности 5 мВт, 10 мВт и 20 мВт.

У первой группы образцов наблюдалсямедленный рост выходной мощности в течение всего периода испытаний. Уобразцов второй группы после небольшого спада в течение первых 500 часовиспытаний мощность оставалась практически неизменной. Учитываяточность измерений, срок службы СЛД в этом режиме работы можнооценить величиной более 100000 часов.

Среди образцов третьей группы,несмотря на близость к порогу КОД, два вели себя так же как и втораягруппа, а у трёх наблюдался медленный спад выходной мощности.Минимальный срок службы можно оценить величиной 20000 часов, чтоприемлемо для большинства практических применений.Раздел 1.2 посвящён разработке квантоворазмерных СЛД сосверхтонкими активными слоями (в единицы нм) «ближайшего»ИК-диапазона спектра 800-900 нм. В таких приборах возбужденная подзонасмещается в область высоких энергий.

При этом при разумных плотностяхпостоянного тока инжекции, по крайней мере в СЛД с достаточно большойдлиной активного канала La , возбужденная подзона не заполняется и спектрсуперлюминесценции определяется квантовыми переходами только изосновной подзоны. Форма спектра таких СЛД близка к гауссовой, а егоширина сильно зависит от величины La и уровня накачки и может превышать60 нм. На Рис.

3 продемонстрирована зонная диаграмма подобной ДГС сраздельным ограничением (РО ДГС). В рамках данной работы былавыращена серия однотипных квантоворазмерных РО ДГС с различнымитолщинами активных слоев, в которых за счет изменения химическогосостава твердого раствора (концентраций Al, In и Ga) величина медианнойдлины волны λm поддерживалась вблизи значения 840 нм. На Рис. 4приведены величины выходной мощности и полуширины спектра для СЛД сразличными La, изготовленных из этих наногетероструктур, при типичнойрабочей плотности тока инжекции.

Главный полученный результат – этоочень слабая зависимость основных параметров СЛД от толщины активногослоя da, что способствует получению воспроизводимых результатов примассовом производстве.Изменение химического состава активного слоя РО ДГС при егопостоянной толщине позволяет изменять в широких пределах λmизготавливаемых СЛД. При этом при смещении в коротковолновую сторонуширина спектра ∆λ несколько сужается, а остальные выходныехарактеристики остаются практически неизменными.На Рис.

5 представлены типичные спектры 4-х типовквантоворазмерных СЛД, исследованных в данной работе. Проведенные91,00Тип I Тип II Тип III Тип IV0,750,500,250,00760800840880Длина волны (нм)920Рис. 5 Типичные спектры излученияСЛД с различными составамиактивного слоя толщиной 6,0 нм.15210330115504545678Толщина активного слоя (нм)09Рис. 4 Зависимость выходноймощности (сплошные) и полушириныспектра (штриховые кривые) оттолщины активного слоя приразличных длинах активного каналаLa=700 (1), 1100 (2) и 1600 мкм (3).Выходная мощность (отн. ед.)Интенсивность (отн. ед.)Рис.

3 Зонная диаграммаисследованных РО ДГС.6020Полуширина спектра (нм)Выходная мощность (дБм)ресурсные испытания продемонстрировали достаточно высокую надежностьразработанных СЛД. Хронограмма одного из таких испытаний представленана Рис. 6. Важно отметить, что после наработки в 9000 час. (1 год) изменениявеличин λm и ∆λ не превышали 0,3% и 2,0% соответственно Экстраполяцияприведенных кривых дает для медианного времени жизни оценку в35000 часов.1,00,80,60,40,20,0020004000 6000Время (ч.)8000 10000Рис. 6 Хронограмма ресурсныхиспытаний СЛД Типа II(La = 1400 мкм, выходная мощностьPFS ≈ 35 мВт).В Разделе 1.3 исследовались СЛД с рекордной для указанногоИК-диапазона шириной спектра в 100 нм. Для СЛД с длинами волн более900 нм стонанометровый рубеж по ширине полосы давно преодолен [6,7].Что же касается коротковолнового, граничащего с видимым, ИК-диапазона,то в настоящее время ширина спектра соответствующих серийновыпускаемых СЛД не превышает 70 нм.

В данной работе была использована10Интенсивность (отн. ед.)ОКРС в системе (InGa)As/(AlGa)As (Рис. 7). Конструкция СЛД былатрадиционной. Измерения проводились в непрерывном режиме инжекциипри комнатной температуре. Как и следовало ожидать, выравниваниеспектральных максимумов удалось получить только у СЛД с малымидлинами активных каналов (La ≤ 700 мкм). Выравнивание спектральныхмаксимумов происходило при плотности тока 10 – 11 кА/см2. Примерыспектров максимальной ширины для образцов длиной 400 и 700 мкмприведены на Рис. 8. Основные технические параметры приведены в Табл.