Диссертация (1104695), страница 6
Текст из файла (страница 6)
93-95 (2013).[13] Е.В.Андреева, С.Н.Ильченко, Ю.О.Костин, М.А.Ладугин, П.И.Лапин,А.А.Мармалюк, С.Д.Якубович, “Широкополосные суперлюминесцентные диодына основе наногетероструктур с ультратонкими активными слоями,” 9thBelarusian-Russian Workshop “Semiconductor Lasers and Systems”, Minsk, Book ofPapers, p. 88-91 (2013).[14] С.Н.Ильченко, Ю.О.Костин, С.Д.Якубович, “Высокоэффективныесуперлюминесцентные диоды с центральными длинами волн 1310 и 1550 нм,” 9thBelarusian-Russian Workshop “Semiconductor Lasers and Systems”, Minsk, Book ofPapers, p.
92-94 (2013).[15] E.V.Andreeva, A.Yu.Chamorovsky, S.N.Ilchenko, Yu.O.Kostin, P.I.Lapin,S.D.Yakubovich, “Broadband SLD sources with bell-shaped spectra for the 800-900 nmspectral range,” Proc. of Int. Nano-Optoelectronic Workshop iNOW2013, Corsica,France, p. B17-B18 (2013).34[16] E.V.Andreeva, S.N.Ilchenko, Yu.O.Kostin, M.A.Ladugin, P.I.Lapin,A.A.Marmalyuk, S.D.Yakubovich, “Broadband SLDs of NIR range with quasiGaussian spectra”, Proc. of 6th Int. Conf. on Advanced Optoelectronics and LasersCAOL’2013, p. 114-116 (2013).[17]E.V.Andreeva,S.N.Ilchenko,M.A.Ladugin,A.A.Lobintsov,A.A.Marmalyuk, M.V.Shramenko, S.D.Yakubovich, “Broadband SOAs of NIR rangebased on nanoheterostructures,” Proc.
of 6th Int. Conf. on Advanced Optoelectronics andLasers CAOL’2013, p. 123-125 (2013).[18] S.N.Ilchenko, Yu.O.Kostin, S.D.Yakubovich, “Spatially single-modereliable superluminescent diodes with CW output power of up to 100 mW,” 16th Int.Conf. “Laser Optics 2014”, Paper ThR3-29 (2014).[19] S.N.Ilchenko, Yu.O.Kostin, S.D.Yakubovich, “SLD-based light-emittingmodules at 1300 nm operable in temperature range from –55 °C to +125 °C,” 16th Int.Conf.
“Laser Optics 2014”, Paper ThR3-30 (2014).[20] A. Padalitsa, A. Marmalyuk, I. Yarotskaya, P. Gorlachuk, Y. Ryaboshtan, S.Il’chenko, A. Lobintsov, S. Yakubovich, “Heterostructures AlGaInP/GaInP grown byMOVPE for superluminescent diodes emitting at 670 nm,” 17th InternationalConference on MVPE, Lausanne, Web-Poster-0-71 (2014).35Глава 1. Новые СЛД повышенной мощности и широкополосностиВведениеСЛД «видимого» диапазона представлены на рынке оптоэлектроникименьше всего, тем не менее для систем некогерентной подсветки, машинногозрения, оптических датчиков, низкокогерентных интерференционных систем и др.СЛД диапазона 660-680 нм спектра крайне востребованы. Раздел 1.1 посвящёнизучению СЛД именно этого спектрального диапазона.Как уже отмечалось выше, СЛД часто применяются в качестве источниковизлучения для оптической когерентной томографии.
Наиболее востребованнымидля ОКТ сетчатки человеческого глаза являются приборы обладающиенепрерывной выходной мощностью от 2 до 50 мВт, спектром с центром около840 нм и шириной 45-50 нм. Как правило, такие приборы строятся на основеОКРС в системе (GaAl)As/GaAs [88]. Усовершенствование таких гетероструктурпозволяет несколько повысить ширину спектра и/или выходную оптическуюмощность. Максимум спектральной ширины (минимум когерентности) излученияобычно достигается в СЛД обладающих характерной двугорбой формой спектра,что соответствует рабочим условиям, при которых интенсивности квантовыхпереходов из основного и первого возбужденного состояний выравниваются.Глубинапроваламеждуспектральнымимаксимумамиявляетсявесьмакритичным параметром.
Для практических применений в ОКТ обычно требуется,чтобы эта величина не превышала 2,0 дБ (37%), а в идеале отсутствовалаполностью, при сохранении нужной полуширины спектра. В разделе 1.2 даннойглавыприводятсярезультатыэкспериментальныхисследованийквантоворазмерных суперлюминесцентных диодов с экстремально тонкимиактивными слоями состава (AlGa)As и (InGa)As и центральными длинами волноколо 810 нм, 840 нм, 860 нм и 880 нм. Их спектр излучения имеет форму,близкую к гауссовой, а его полуширина составляет 30-60 нм в зависимости отдлины активного канала и уровня накачки. Подобная форма спектра обеспечиваетотсутствие пьедестала на автокорреляционной функции, что обеспечивает36наибольшее соотношение сигнал-шум. В непрерывном режиме инжекциимощность светоизлучающих модулей на основе этих СЛД может составлять1.0-25 мВт на выходе ОВС.Если же требуется максимальное пространственное разрешение получаемыхтомограмм, невзирая на шумы, то ширина спектра остаётся наиболее важнымпараметром.
Для СЛД с центральными длинами волн более 900 нм спектральнаяполоса шириной порядка 100 нм не является чем-то новым. Что же касается СЛД«ближайшего» ИК диапазона, то в настоящее время, коммерчески доступныеобразцы обладают шириной спектра не превышающей 70 нм. В разделе 1.3представлены экспериментальные результаты по созданию и исследованию СЛДс центральной длиной волны в районе 830 нм, обладающих шириной спектраизлучения порядка 100 нм.Помимо ОКТ суперлюминесцентные диоды имеют множество другихприменений, для которых в первую очередь важна большая выходная мощностьизлучения, а не ширина спектра.
В разделе 1.4 описана серия новыхсветоизлучающих модулей на основе одномодовых квантоворазмерных СЛД сцентральными длинами волн излучения около 790 нм, 840 нм, 960 нм и 1060 нм,обладающих непрерывной выходной мощностью в открытое пространство до100 мВт.1.1 СЛД повышенной мощности и надёжности с центральнойдлиной волны излучения 670 нм.Лазерные диоды (ЛД) красного диапазона спектра (630-690 нм) нашлиширочайшее применение в науке, в технике и в быту.
Их главное применение –запись и считывание информации в системах оптической памяти (DVD и др.)Кроме того, они используются в медицинской диагностике и терапии, в лазерныхпринтерах,вразличномизмерительномоборудовании,всчитывателяхштрих-кодов, в лазерных указках и так далее. Десятки фирм выпускаютмножество таких моделей ЛД, отличающихся по конструкции, выходноймощности и по спектральным параметрам. Обычно, они изготавливаются на37основе многослойных квантоворазмерных гетероструктур (МКРС) в системах(AlGaIn)PAs. По внешней квантовой эффективности и надёжности лучшиеобразцы приближаются к рекордным результатам, достигнутым для ЛДИК-диапазона спектра.
На оптоэлектронном рынке за год реализуется несколькомиллионов «красных» ЛД.Рынок «красных» СЛД на несколько порядков меньше. По нашимсведениямтолько(SUPERLUMLtd.)двефирмы–иEXALOSОООсерийно«Суперлюминесцентныевыпускаютнесколькодиоды»моделейСЛД-модулей с центральной длиной волны в диапазоне 650-680 нм.
Тем не менее,они устойчиво занимают свою нишу в оптоэлектронике (системы некогерентнойподсветки,машиннойзрение,некоторыетипыоптическихдатчиков,низкокогерентные интерференционные системы и др.) Например, фирмаAGILENT за последние годы приобрела несколько тысяч модулей серии SLD-26для использования в производимых ею атомно-силовых микроскопах. Эти СЛДизготавливаются на основе упомянутых выше МКРС. Они имеют спектризлучения колоколообразной формы с полушириной 5-10 нм.
Что касаетсявыходной оптической мощности, то по этому параметру рассматриваемые СЛДуступают лучшим образцам «красных» ЛД (см. например [89]) более, чем напорядок: 10-15 мВт и сотни мВт соответственно. Сравнение относится кпространственно-одномодовым приборам с шириной активного канала в единицымикрометров.ПричинойэтогоявляетсяприсущаяСЛДпониженнаядифференциальная квантовая эффективность и, главное, аномально низкий порогкатастрофическойоптическойрассматриваемыеСЛДдеградациизначительно(КОД).уступаютПоиэтомуСЛДпараметру«ближайшего»ИК-диапазона спектра – менее 30 мВт и более 100 мВт соответственно. Причём,если у последних КОД, как правило связана с разрушением торцевых гранейкристалла, как у ЛД, то у «красных» СЛД она определяется, по видимому,массовым появлением центров безызлучательной рекомбинации в активномканале.
Это закономерность подтверждается обширной статистикой, относящейся38к приборам на основе различных МКРС как отечественного, так и зарубежногопроизводства, успешно используемых для изготовления «красных» ЛД. Чтокасается срока службы рассматриваемых СЛД, определяемого процессами«медленного» старения, то до последнего времени он также желал оставлятьлучшего. Время жизни в несколько тысяч часов, при непрерывном режимеработы, считалось приемлемым.
Напомним также, что типичная выходнаямощность серийных «красных» СЛД-модулей с выводом излучения через ОВС непревышает 5 мВт. (модель SLD-261-HP, SIPERLUM).В рамках настоящей работы были исследованы входные и ресурсныехарактеристики СЛД с центральной длиной волны около 670 нм, на основеоптимизированной МКРС [90], позволившей заметно повысить достижимуювыходную мощность и значительно повысить срок службы этих приборов. Зоннаядиаграмма МКРС, выращенной методом газотранспортной эпитаксии низкогодавления из металлорганических соединений схематично представлены наРис. 1.1.1.Рис. 1.1.1 Зонная диаграмма использованной трёхслойной КРС в системе(AlGaIn)P/GaAsКонструкция СЛД была традиционной. Активный канал представлял собойгребневидный волновод толщиной около 0,14 мкм и шириной W=4 мкм, его осьимела наклон 7О по отношению к торцевым граням кристалла (Рис.
1.1.2), на39которые были нанесены антиотражающие покрытия (АОП) (Рис. 1.1.3). ВеличинаLa варьировалась в пределах 700-1600 мкм. Измерения производились внепрерывном режиме инжекции при температуре 25ОС.а.б.Рис. 1.1.2 Микрофотография торцевой грани СЛД (а) и общий видгребневидного волновода (б)Рис.
1.1.3Активные элементы СЛД с прямым волноводным активнымканалом, ориентированным под наклоном к торцевым граням. (W – ширинаактивного канала; La – длина активного канала, α-угол наклона волновода)40Типичные вольт-амперные и ватт-амперные характеристики представлены303,0252,5Напряжение (В)Выходная мощность (мВт)на Рис. 1.1.4, а спектр излучения и центральный пик АКФ на Рис. 1.1.5.201510500Рис.50100150200Ток накачки (мА)а.1.1.4Типичные2,01,51,00,50,02500Ватт-Амперные50(а)и100150200Ток накачки (мА)б.Вольт-Амперные250(б)1,001,00АКФ (отн. ед.)Интенсивность (отн. ед.)характеристики исследованных СЛД.0,750,500,500,250,250,006550,75660665670675Длина волны (нм)а.6800,00-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80Отпическая разность хода (мкм)б.Рис. 1.1.5 Спектр излучения (а) и центральный пик АКФ (б) при выходнойоптической мощности 20 мВт.Какповеличинедифференциальнойквантовойэффективности(0.2-0.3 Вт/А) так и по величине порога КОД (25-30 мВт) исследованные образцыоказались близки к лучшим из исследованных ранее СЛД на основе подобныхнаногетероструктур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
