Диссертация (1104695), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Поэтому защитную трубку убрали полностью, а ОВСзаменили на Corning SM-MT. По оптическим характеристикам это оптическоеволокно соответствует традиционному, но оболочка подходит для агрессивнойокружающей среды, включая высокие температуры. Также использовалсяспециальный припой.
Следующим этапом был подбор холодильника, который быобеспечил требуемую разницу температур между основаниями. Для наших целейбылвыбрандвухсекционныйТЭМОпроизводствакомпании«RMT»(модель: 2MC04-063-05AN). Фотография этого ТЭМО представлена на Рис. П.2.2.Сборка модуля производилась в стандартном корпусе Butterfly.Рис. П.2.2 двухсекционный ТЭМО.Для проверки работоспособности конструкции была собрана установка(схема показана на Рис. П.2.3): СЛД - модуль размещался на достаточно большомрадиаторе, для лучшей теплопроводности использовалась термопаста, далее всяконструкция размещалась в камере TERCHY UC-20CE, способной поддерживатьзаданную температуру в диапазоне -60 оС - +150 оС. С помощью специальногошлейфа модуль подключался к расположенному вне камеры электронномудрайверу ILX LDC-3900, который обеспечивал рабочие токи СЛД и ТЭМО ипозволял контролировать температуру внутри модуля и напряжение ТЭМО.
Дляконтроля выходной оптической мощности ОВС также выводился из камеры.119На Рис. П.2.4 представлены кривые выхода ТЭМО на режим термостабилизациипри температуре в камере –55 оС и +125 оС. Время выхода на режим составилооколо 10 секунд в первом случае и около 30 секунд во втором.Рис. П.2.3 Схема тестирования СЛД – модуля при разных температурахокружающей среды.Рис.
П.2.5 демонстрирует зависимость потребляемой ТЭМО мощности оттемпературы в камере при различных температурах стабилизации. Видно, чтостабилизация на уровне 25 оС при высоких температурах окружающей средытребует гораздо больше мощности, чем на уровне 35 оС. При этом стабилизацияна это уровне не сильно поднимет ток, нужный СЛД для получения 1 мВтвыходной мощности, спектральные же характеристики при этом практически неизменяются. Поэтому в дальнейшем, было решено термостабилизировать модулина уровне 35 оС.321120o20Температура СЛД, CoТемпература СЛД, C400-20-40-600204060Время (с.)а.8010010080604032120020406080100Время (с.)б.Рис. П.2.4 Выход ТЭМО на режим термостабилизации на уровне 25 оС (1),30 оС (2), 35 оС (3) при температуре в камере –55 оС (а) и +125 оС (б).Мощностьпотребляемая ТЭМО (Вт)1205025 C4030 C3035 C210-60 -300306090 120 1500Температура окружающей среды ( C)Рис.
П.2.5 Зависимость мощности, потребляемой ТЭМО, от температуры вкамере при различных температурах стабилизации.Для партии из семи модулей были проведены тесты стабильности выходнойоптической мощности при температурах окружающей среды –55 оС и +125 оС. НаРис. П.2.5 представлены хронограммы этих испытаний. Продемонстрированная1,041,021,000,980,960,940,920,90050100150Время (мин.)а.200Выходная мощность (отн. ед.)Выходная мощность (отн. ед.)стабильность приемлема для большинства практических применений.1,041,021,000,980,960,940,920,90050100150Время (мин.)б.200Рис.
П.2.5 Хронограммы тестов стабильности выходной мощности притемпературе окружающей среды –55 оС (а) и +125 оС (б).121ЗаключениеОсновные результаты данной диссертационной работы можно свести кследующим положениям:Разработаны и исследованы СЛД с центральной длиной волны660-680нм и мощностью из ОВС более 10 мВт, обладающие сроком службы более20000 часов.Разработаны и исследованы СЛД на основе КРС 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»ДГС, в которых ширина спектра слабо зависит от уровня накачки.
Использованиеразличных составов активных слоёв позволило разработать серию СЛД-модулей сразличными центральными длинами волн в указанном спектральном диапазоне ивыходными мощностями от единиц до десятков мВт. По ширине спектра этиприборы превосходят существующие аналоги.
Форма спектра излучения, близкаякгауссовой,позволяетполучитьАКФсминимальнымиискажениямицентрального пика, что, в свою очередь, улучшает соотношение сигнал-шум приприменении этих СЛД в интерференционных системах.Разработаны и исследованы СЛД на основе ОКРС со сверхтонкимактивным слоем, обладающие рекордно широким спектром порядка 100 нм прицентральной длине волны около 830 нм.На основе разработанных СЛД создан новый комбинированныйисточник света – BroadLighter D-860-G. Спектр излучения прибора имеетколоколообразную форму с шириной до 100 нм при выходной оптическоймощности 5-20 мВт из ОВС в зависимости от типа используемых СЛД.На основе новых и ранее разработанных СЛД создан новыйкомбинированный источник света – BroadLighter D-880-MP. Спектр излучения122прибора имеет ширину до 200 нм (длина когерентности – около 3,5 мкм),выходная мощность составляет ~1,5 мВт из ОВС.
Прибор отличается крайненизкой восприимчивостью к оптической обратной связи.Разработаныиисследованычетыретипапространственно-одномодовых СЛД с центральными длинами волн 790 нм, 840 нм, 960 нм и1060нм с непрерывной выходной оптической мощностью до 100 мВт. Оценочноевремя жизни светоизлучающих модулей на основе этих СЛД составило более10000 часов.Разработана новая модель ПОУ-модуля бегущей волны на основеДКРС с «активными» слоями (InGa)As с полосой оптического усиления ширинойпорядка100нм,сцентральнойдлинойволны1060 нми«чистым»коэффициентом усиления около 25 дБ.Использование вышеуказанного ПОУ-модуля и кольцевой схемывнешнегорезонаторапозволилорадикальноусовершенствоватьранеевыпускавшуюся модель перестраиваемого лазера BroadSweeper-1060, в которомбыли использованы менее эффективный ПОУ и линейная схема внешнегорезонатора.Большинствоизвышеперечисленныхрезультатовработыуженасегодняшний день внедрено в производство.
Так, компанией ООО «СЛ-модули»коммерчески реализованы несколько новых типов перспективных с практическойточки зрения светоизлучающих СЛД-модулей и ПОУ-модуль. Коммерческиреализованы также новые комбинированные источник света BroadLighter D-860-Gи BroadLighter D-880-MP и серия перестраиваемых лазеров BroadSweeper-1060.Спецификации на серийно выпускаемые приборы приведены в приложении кдиссертации.Благодарности.Автор выражает глубокую признательность научному руководителюС.Д. Якубовичу за предложенную тему диссертации, оказанное внимание и123неоценимую помощь на всех этапах выполнения диссертации; А.Т. Семенову заинициацию ряда исследований и внимание к ним; А.А. Мармалюку ссотрудниками за проведение экспериментальных ростовых процессов ГЭС;А.В.
Лобинцову с сотрудниками за проведение постростовых технологическихпроцессов; А.А. Бахареву с сотрудниками за сборку образцов СЛД иПОУ-модулей;Д.Р.Шидловскомуссотрудникамизаизготовлениеоптомеханических узлов и электронных плат для новых приборов серииBroadLighterиBroadSweeper;сотрудникамлабораторииЕ.В. Андреевой,П.И. Лапину, Ю.О. Костину, А.А. Лобинцову и М.В. Шраменко за помощь визмерениях и расчетах.124Сокращения и условные обозначенияАКМ - автоматический контроль мощностиАКТ - автоматический контроль токаАКФ - автокорреляционная функцияАОП - антиотражающие покрытиеАОПФ – акустооптический перестраиваемый фильтрВОСПИ - Волоконно-оптическая система передачи информацииГЭС - гетероэпитаксиальная структураДГС - Двухсторонняя гетероструктураДКРС - двухслойная квантоворазмерная структураИК - инфракрасныйКОД - катастрофическая оптическая деградацияКРС - квантоворазмерная структураКЯ, КН, КТ - Квантовые ямы (нити, точки)ЛД - Лазерный диодМКРС - многослойная квантоворазмерная структураМОС-гидридная эпитаксия – газотранспортная эпитаксия изметалло - органических соединенийМПЭ - Молекулярно пучковая эпитаксияОВС - одномодовый волоконный световодОКРС - однослойная квантоворазмерная структураОКТ - оптическая когерентная томографияПЛ - Полупроводниковый лазерПОУ - Полупроводниковый оптический усилительРО ДГС - Двухсторонняя гетероструктура с раздельным ограничениемСЛД - суперлюминесцентный диодТЭМО – термоэлектрический микроохладительBroadLighter - серия комбинированных источников светаBroadSweeper - серия перестраиваемых лазеровFWHM (full width at half maximum) - ширина кривой на половине высотыin vivo - на живом организме, объектеMOPA - master oscillator power amplifierMTTF - median time to failure – средняя наработка до отказаRIN - relative intensity noise (относительные шумы интенсивности)Ripple - паразитные модуляции модами Фабри-ПероSMS - Side mode suppression (превышение полезного сигнала над фоном)VCSEL - ПЛ с вертикальным резонатором125Обозначения переменных.El(k) - энергии l–й подзоны в зоне проводимостиEm(k) – энергии m–й подзоны в валентной зонеfc fv – функции распределения Ферми в зоне проводимости и валентной зоне|Mlm(k)|2- квадрат матричного элементаψl,ψm - огибающие волновых функцийc – скорость светаβ- доля спонтанно испускаемых фотонов, дающих вклад в моды волновода.φ(ν) – спектральная плотностьda – толщина активного слояg – усиление основной модыG – интегральное усилениеh – постоянная Планкаcg – групповая скорость светаRsp – спектральная плотность скорости спонтанного излучения:I0 – ток накачки СЛД, при котором интенсивности пиков спектра равныISLD – ток накачки СЛДJ – плотность тока накачкиLa – длина активного каналаW – ширина активного каналаLC – длина когерентностиPFS – оптическая мощность излучения в открытое пространствоPSM – мощность излучения из ОВСRback – коэффициент отражения от входной грани диодаRout – коэффициент отражения от выходной грани диодаrip – глубина модуляции спектра, рипплt – время, продолжительность тестаT1, T2 – рабочие температуры прибораα - нерезонансные оптические потери основной модыSsp(λ) – спектр спонтанного излученияS(λ) – спектр излученияg(λ) – спектр усиленияk – постоянная БольцманаΓ– фактор оптического ограничения∆λ – ширина на половине высоты спектра излученияλ (λс) – центральная длина волны спектраλm – медианная длина волныω ν – частота излученияτ – срок службы(∆P)2 – среднее квадратичное отклонение интенсивности спектральной плотностиоптического сигналаP0 – средняя оптическая мощностьKs - доля выходной мощности, сосредоточенная в центральном пике126Литература[1] Басов Н.Г., Крохин О.Н., Попов Ю.М.
“Квантовомеханическиеполупроводниковые генераторы и усилители электромагнитных колебаний,”ЖЭТФ, 37, 2, 587 (1959).[2] Басов Н.Г., Крохин О.Н., Попов Ю.М. “Получение состояний сотрицательной температурой в p-n переходах вырожденных полупроводников,”ЖЭТФ, 40, 6, 1879 (1961).[3] Hall R.N., Fenner G.E., Kingsley I.P., Soltus T.I., Carlson R.K. “Coherentlight emission from GaAs junctions,” Phys. Rev.
Lett., 9, 9, 366 (1962).[4] Nathan M.I., Dumke W.P., Burns G., Dill F.N., Lasher G. “Stimulatedemission of Radiation from GaAs p-n junctions,” Appl. Phys. Lett., 1, 2, 62 (1962).[5] Quist T.M., Rediker R.H., Keyes R.J., Krag W.E., Lax B., Mc Whorter A.L.“Semiconductor maser on GaAs” Appl. Phys. Lett., 1, 4, 91 (1962).[6] Багаев В.С., Басов Н.Г., Вул Б.М., Копыловский Б.Д., Крохин О.Н.,Маркин Е.П., Попов Ю.М., Хвощев А.Н., Шотов А.П.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
