Диссертация (Суперлюминесцентные диоды и полупроводниковый оптический усилитель повышенной мощности и широкополосности и приборы на их основе), страница 5

На основе этих исследований былразработан серийный прибор BroadSweeper 1060, обладающий полосамиперестройки 65 нм и 60 нм при выходной мощности 1мВт и 5мВт соответственно.Его скорость свипирования достигала 104 нм/с, а мгновенная ширинаспектральной линии не превышала 0,06нм.27Описание работы.Несмотря на широкий спектр источников излучения на основе СЛД и ПОУ,представленных на рынке оптоэлектроники на сегодняшний день, динамичноразвивающиесянаучно-прикладныеобласти(спектроскопия,оптическаяметрология, оптическая когерентная томография и ряд других) постоянноповышают требования к широкополосным источникам излучения и усилителям.Поэтому цель данной работы заключалась в разработке источников излучения наосновесуперлюминесцентныхприборовсвыходнымипараметрами,превосходящими аналогичные приборы, коммерчески доступные на сегодняшнийдень.В рамках диссертационной работы велись исследования по следующимнаправлениям:Создание суперлюминесцентных диодов различных диапазонов длинволн с рекордными спектральными и мощностными параметрами.Создание новых комбинированных источников света на основеразработанных суперлюминесцентных диодов.Созданиеновоговысокоэффективногоширокополосногополупроводникового оптического усилителя с центральной длиной волны1060нм.Созданиеновогобыстроперестраиваемоголазеранаосноверазработанного ПОУ.Техническая новизна работы:Разработаны и исследованы высоконадёжные СЛД с центральнойдлиной волны в диапазоне 660-690 нм, превосходящие по выходной мощностисуществующие аналоги.28Разработаны и исследованы СЛД на основе ОКРС диапазона800 - 900 нм с колоколообразной формой спектра.

В этих приборах толщинаактивных слоёв, длины активных каналов и рабочие режимы были выбраны такимобразом, чтобы вклад в суперлюминесценцию давали квантовые переходы толькоиз основной подзоны энергетического спектра. При этом с ростом тока инжекцииширина спектра сильно увеличивается в отличие от СЛД на основе «объёмных»двухсторонних гетероструктур (ДГС), в которых ширина спектра слабо зависит отуровня накачки. Использование различных составов активных слоёв позволилоразработать серию СЛД-модулей с различными центральными длинами волн вуказанном спектральном диапазоне и выходными мощностями от единиц додесятков мВт. По ширине спектра эти приборы превосходят существующиеаналоги.

Форма спектра излучения, близкая к гауссовой, позволяет получить АКФс минимальными искажениями центрального пика, что, в свою очередь, улучшаетсоотношение сигнал-шум при применении этих СЛД в интерференционныхсистемах.Разработаны и исследованы СЛД, обладающие рекордно широкимспектром порядка 100 нм при центральной длине волны около 830 нм, на основеОКРС со сверхтонким активным слоем.На основе разработанных СЛД созданы два типа двухканальныхкомбинированных источников излучения «ближайшего» ИК - диапазона сшириной спектра около 100 нм и 200 нм.

Приборы первого типа, в отличие отсуществующих аналогов, обладают колоколообразной формой спектра и АКФ,практическинесодержащей«пьедестала»,чтоявляетсянеоспоримымпреимуществом для ряда практических применений, в частности для ОКТ.Прибор второго типа обладает рекордной для приборов данного класса длинойкогерентности излучения и крайне низкой чувствительностью к оптическойобратной связи.Разработаны и исследованы 4 типа пространственно-одномодовыхСЛД с различными центральными длинами волн (790 нм, 840 нм, 960 нм и291060 нм), обладающих непрерывной выходной оптической мощностью до100 мВт. Разработаны миниатюрные высоконадёжные светоизлучающие модулина их основе, превосходящие по выходной мощности существующие аналоги в1,5-2 раза.Разработана новая модель ПОУ-модуля бегущей волны на основе(InGaAs)двухслойнойквантоворазмернойструктуры(ДКРС)сполосойоптического усиления шириной порядка 100 нм, с центральной длиной волны1060 нм. По основным техническим характеристикам этот ПОУ превосходитсуществующие аналоги.Использование разработанного ПОУ в кольцевом оптоволоконномрезонаторепозволилоусовершенствоватьранеевыпускавшуюсямодельперестраиваемого лазера, в котором были применены менее эффективный ПОУ илинейная схема внешнего резонатора.Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения,приложения и списка литературы.На защиту выносятся следующие положения:1.Исследованы и разработаны СЛД с центральными длинами волн вдиапазоне 660-690 нм и мощностью из ОВС более 10 мВт, обладающие срокомслужбы более 20000 часов.2.ИсследованыСЛДдиапазона800-900нмнаосновеОКРСсколоколообразной формой спектра.

Разработаны светоизлучающие модули сшириной спектра до 60 нм при мощностях до 32 мВт из ОВС. Использованиеразличных составов активных слоёв позволило изменять центральную длинуволны излучения. Разработаны четыре типа приборов с центральными длинамиволн 810 нм, 840 нм, 860 нм и 880 нм. Форма спектра излучения, близкая кгауссовой, обеспечивает АКФ с минимальными искажениями центрального пика,что радикально улучшает соотношение сигнал-шум при различных применениях.303.Исследованы СЛД с центральной длиной волны излучения 830 нм,обладающие сверхшироким спектром.

Получена мощность около 2 мВт из ОВСпри ширине спектра более 100 нм.4.светаНа основе разработанных СЛД создан новый комбинированный источник–BroadLighterD-860-G.Спектризлученияприбораимеетколоколообразную форму с шириной до 100 нм при выходной оптическоймощности 5-20 мВт из ОВС.5.НаосновеновыхиранееразработанныхСЛДсозданновыйкомбинированный источник света – BroadLighter D-880-MP. Спектр излученияприбора имеет ширину до 200 нм, выходная оптическая мощность составляетоколо 1,5 мВт из ОВС.

Его важным достоинством является крайне низкаячувствительность к оптической обратной связи6.Разработаныиисследованыпространственно-одномодовыеСЛДсцентральными длинами волн 790 нм, 840 нм, 960 нм и 1060 нм и непрерывнойвыходной оптической мощностью до 100 мВт.7.Разработана новая модель ПОУ-модуля бегущей волны, на основегетероструктур с двумя квантоворазмерными активными слоями состава (InGa)Asс полосой оптического усиления шириной около 100 нм (диапазон: 1010 -1110 нм)и «чистым» коэффициентом усиления (из ОВС в ОВС) около 25 дБ.8.С использованием вышеуказанного ПОУ-модуля была усовершенствованнаранее выпускаемая модель перестраиваемого лазера BroadSweeper-1060, вкотором были использованы менее эффективный ПОУ и линейная схемавнешнегорезонатора.Диапазонспектральнойперестройкиивыходнаяоптическая мощность увеличены в 1,5 и 4 раза соответственно.Методы исследования:Припроведенииэкспериментальныхисследованийиспользовалисьуниверсальный стенд, оснащённый современным аттестованным оборудованием,позволяющимизмерятьвсеосновныеэлектрические,оптическиеипространственные параметры образцов СЛД в условиях термостабилизации в31широком диапазоне температур; специализированный стенд для измеренияспектровоптическогоусиленияипередаточныххарактеристикПОУсиспользованием перестраиваемого лазера в качестве генератора входного сигнала;автоматизированнаясистемадляпроведенияресурсныхиспытанийскруглосуточным режимом работы.Основные результаты работы докладывались и обсуждались наследующих международных конференциях:Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», НижнийНовгород (2012); 9th Belarusian-Russian Workshop “Semiconductor Lasers andSystems”, Minsk (2013); 6th International 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).Основные результаты диссертации опубликованы в работах:Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:[1] Е.В.Андреева, С.Н.Ильченко, Ю.О.Костин, П.И.Лапин, Д.С.Мамедов,С.Д.Якубович, “Изменение выходных характеристик широкополосных СЛД входе продолжительной работы,” Квантовая электроника, 41, 7, стp. 595-601(2011).[2] С.Н.Ильченко, Ю.О.Костин, И.А.Кукушкин, М.А.Ладугин, П.И.Лапин,А.А.Лобинцов, А.А.Мармалюк, С.Д.Якубович, “Широкополосные СЛД и ПОУспектрального диапазона 750-800 нм,” Квантовая электроника, 41, 8, стp.

677-680(2011).32[3] С.Н.Ильченко, М.А.Ладугин, А.А.Мармалюк, С.Д.Якубович, “СЛД«ближайшего» ИК-диапазона с шириной спектра 100 нм,” Квантовая электроника,42, 11, стp. 961-963 (2012).[4] Е.В.Андреева, С.Н.Ильченко, Ю.О.Костин, М.А.Ладугин, П.И.Лапин,А.А.Мармалюк, С.Д.Якубович, “Широкополосные СЛД диапазона 800-900 нм сколоколообразной формой спектра,” Квантовая электроника, 43, 8, стp. 751-756(2013).[5]Е.В.Андреева,А.А.Мармалюк,С.Н.Ильченко,М.В.Шраменко,М.А.Ладугин,С.Д.Якубович,А.А.Лобинцов,“ШирокополосныеПОУспектрального диапазона 750-1100 нм,” Квантовая электроника, 43, 11,стp. 994-998 (2013).[6] Е.В.Андреева, С.Н.Ильченко, Ю.О.Костин, С.Д.Якубович, “Поперечноодномодовые суперлюминесцентные диоды ближнего ИК диапазона спектра снепрерывной выходной мощностью до 100 мВт,” Квантовая электроника, 44, 10,стр.

903-906 (2014).Другие статьи и материалы конференций:[7] С.Н.Ильченко, Ю.О.Костин, М.А.Ладугин, П.И.Лапин, А.А.Лобинцов,А.А.Мармалюк, С.Д.Якубович, “Широкополосные СЛД и ПОУ с центральнойдлиной волны 780 нм,” 8th Belarusian-Russian Workshop “Semiconductor Lasers andSystems”, Minsk, Book of Papers, p. 91-95 (2011).[8] S.N.Ilchenko, Yu.O.Kostin, M.A.Ladugin, P.I.Lapin, A.A.Lobintsov,A.A.Marmalyuk, S.D.Yakubovich, “Broad-band SLDs emitting at 750-800 nm,” 11thInt. Conf. on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling, Kharkov, Ukraine Conf.Proc., paper LFNM-003 (2011).[9] E.V.Andreeva, S.N.Ilchenko, Yu.O.Kostin, P.I.Lapin, D.S.Mamedov,S.D.Yakubovich, “Changes in output characteristics of broad-band SLDs in the process33of long-term operation,” 11th Int. Conf.

on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling,Kharkov, Ukraine Conf. Proc., paper LFNM-004 (2011).[10]S.N.Ilchenko,A.A.Lobintsov,V.R.Shidlovskii,M.V.Shramenko,S.D.Yakubovich, “High-power sweeping semiconductor light sources at 840 nm withup to 100nm tuning range,” Proc. of SPIE, 8213, p. 82133A (2012).[11]Ю.Л.Рябоштан,С.Н.Ильченко,П.В.ГорлачукС.Д.Якубович,квантоворазмерных“МощныегетероструктурА.А.Мармалюк,СЛДА.А.Лобинцов,(670 нм)InGaP/AlGaInP/GaAs,”наосновеТрудыМеждународного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», НижнийНовгород, 2, стр. 372-373 (2012).[12] E.V.Andreeva, A.Yu.Chamorovsky, S.N.Ilchenko, Yu.O.Kostin, P.I.Lapin,S.D.Yakubovich, “SLD-based broad-band light sources with bell-shaped spectra in therange of 800-900 nm,” Abstract Collection, 1st Symp. on OCT for Non-Destruct.Testing, Linz, Austria, p.