Диссертация (1104695), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Выходное излучение было сильно поляризованным вплоскости p-n перехода (степень поляризации – более 99%). Сечение выходного41пучка имело характерную для СЛД серповидную форму. Расходимостьсоставляла приблизительно 10х40 градусов. Забегая вперёд, укажем, что ихогромным достоинством является повышенная надёжность.Обычно рабочие токи СЛД выбираются при уровнях выходной мощности,не превышающих 50% порога КОД.
В данном случае предварительные ресурсныеиспытания были проведены при непрерывных выходных мощностях до 20 мВт.Хронограммы на Рис. 1.1.6 иллюстрируют результаты этих испытаний, которымподверглись три партии образцов, в каждую из которых входило по пятьрассматриваемых СЛД, успешно прошедших предварительную наработку втечение 120 часов.
Испытания продолжались 1500 часов при температуре 25оСпри уровнях выходной оптической мощности 5 мВт, 10 мВт и 20 мВт. У первойгруппы образцов наблюдался медленный рост выходной мощности в течениевсего периода испытаний.Выходная мощность (отн. ед.)1,5Выходная мощность (отн. ед.)1,1Выходная мощность (отн. ед.)421,11,41,31,21,11,00,905001000Время (ч.)а.15001,00,90,80,70,60,50200400600Время (ч.)б.80010001,00,90,80,70,60,505001000Время (ч.)в.1500Рис.
1.1.6 Хронограммы ресурсных испытаний при выходной мощности 5мВт (а), 10 мВт (б) и 20 мВт (в).43У образцов второй группы после небольшого спада в течение первых500 часов испытаний, мощность оставалась практически неизменной. Учитываяточность измерений, срок службы СЛД в этом режиме работы можно оценитьвеличиной более 100000 часов. Среди образцов третьей группы, несмотря наблизость к порогу КОД, два вели себя также как и вторая группа, а у трёхнаблюдался медленный спад выходной мощности. Минимальный срок службыможно оценить величиной 20000 часов, что приемлемо для большинствапрактических применений.
Используя пространственно одномодовые СЛД свыходной мощностью 20 мВт в открытое пространство можно с уверенностьюизготавливать светоизлучающие модули с выходной мощностью более 10 мВтчерез ОВС. Такие модули были изготовлены с использованием корпусов Butterflyи одномодового оптоволокна FiberCore SM600 (предварительное наименованиемодели SLD-261-HP2). Они успешно прошли предварительные ресурсныеиспытания. Проект соответствующей спецификации находится в приложении кдиссертации.1.2ШирокополосныеСЛДдиапазонаколоколообразной формой спектраВведение800 – 900 нмсВ системах оптической когерентной томографии [91], использующихнизкокогерентныеисточникисвета(Time-domain,Fourier-domainOCT),важнейшей характеристикой указанных источников является автокорреляционнаяфункция (АКФ) или функция когерентности, представляющая собой Фурье-образспектра излучения и измеряемая, например, какзависимость видностиинтерференционной картины от оптической разности хода в симметричноминтерферометре Майкельсона.
Ширина главного центрального максимума АКФсоответствует длине когерентности излучения LC. Эта величина, обратнопропорциональная ширине оптического спектра (LC ∼ λc2/∆λ, где λc – центральнаядлина волны), определяет аксиальное разрешение получаемых томограмм.Наличие дополнительных максимумов, примыкающих к главному или отстоящихот него, уменьшает отношение сигнал/шум и ухудшает качество получаемых44изображений.
АКФ «идеального» для ОКТ излучения должна содержатьединственный узкий максимум, соответствующий нулевой разности хода. ТакойАКФ обладает излучение с широким гладким спектром гауссовой формы:S(λ) = Soexp[- γ(λ - λc)2].(1.2.1)Как уже упоминалось ранее, наиболее широкое применение в качествеисточников света для указанных систем ОКТ нашли полупроводниковыесуперлюминесцентные диоды (СЛД). Традиционные СЛД с «объемным»активным слоем имеют форму спектра очень близкую к гауссовой.
Именно такиеСЛД с центральной длиной волны в диапазоне 820-840 нм были использованы впервой серийной ОКТ-системе медицинского назначения “Stratos” производстваCarl Zeiss Mediteс. Эти СЛД на основе двусторонней гетероструктуры (GaAl)As сраздельным ограничением (РО ДГС) с поперечно-одномодовым активнымканалом шириной в единицы мкм при выходной оптической мощности в десяткимВт обладают шириной спектра излучения 15-20 нм.Позднее были созданы квантоворазмерные СЛД данного спектральногодиапазона с толщиной активного слоя порядка 10 нм [82,92]. Благодаря вкладу всуперлюминесценцию квантовых переходов не только из основной, но и извозбужденной подзоны, ширина их спектра может достигать 100 нм.
Такие СЛДнашли самое широкое применение в ОКТ-системах, поскольку их использованиепозволило значительно повысить пространственное разрешение. Недостаткомэтих СЛД является двугорбая форма спектра, далекая от гауссовой, и наличие«пьедестала» у центрального максимума АКФ, что не может не отразиться накачестве получаемых изображений. Типичные спектры и АКФ «объемных» иквантоворазмерных СЛД представлены на Рис. 1.2.1Интенсивность (отн. ед.)451,000,750,500,250,00800820840860880Длина волны (нм)а.900АКФ (отн. ед.)1,000,750,500,250,00-60-40 -200204060Оптическая разность хода (мкм)б.Рис. 1.2.1 Типичные спектры (а) и центральные пики АКФ (б) «объемных»(сплошные кривые) и «двугорбых» квантоворазмерных (пунктир) СЛД.Следует отметить, что остаточная модуляция спектров СЛД модамиФабри-Перо (ripple) приводит к появлению на АКФ вторичных максимумов приразности хода 2nLa , где n - эффективный показатель преломления, La – длинаактивного канала.
Для СЛД данного спектрального диапазона при использовании46достаточно совершенных антиотражающих покрытий на торцевых граняхкристаллов глубина периодической спектральной модуляции не превышаетдесятых долей процента, а относительная величина вторичных максимумов непревышает -25 дБ. Ниже мы больше не будем касаться этого вопроса.В квантоворазмерных СЛД со сверхтонкими активными слоями в единицынм возбужденная подзона смещается в область высоких энергий.
При этом приразумных плотностях постоянного тока инжекции, по крайней мере в СЛД сдостаточно большой длиной активного канала La, возбужденная подзона незаполняется и спектр суперлюминесценции определяется квантовыми переходамитолько из основной подзоны. Форма спектра таких СЛД также близка к гауссовой,а его ширина сильно зависит от величины La и уровня накачки и можетпревышать 60 нм.
Настоящая работа посвящена исследованию источников светана основе СЛД указанного типа.Экспериментальные образцыЭкспериментальныеобразцыСЛДбылиизготовленыизполупроводниковых двусторонних гетероструктур с раздельным ограничениемфотонного поля и носителей заряда (РО ДГС) и со стандартными для системы(AlGa)As геометрией и составами контактных, эмиттерных и волноводных слоев.Их особенностью являлась конструкция квантоворазмерной активной области,обеспечивающая возможность получить центральную длину волны усиленногоспонтанного излучения в различных точках спектрального диапазона 800-900 нми при этом сильно «раздвинуть» спектральные максимумы, соответствующиеквантовым переходам из основного и возбужденного состояний. Решение даннойзадачи невозможно при использовании традиционных для гетероструктур данногоспектрального диапазона квантовых ям из GaAs. Проведенные расчеты показали,что практическая реализация указанных параметров требует использованиянапряженных сверхтонких квантовых ям из твердых растворов (AlGa)As или(InGa)As с небольшим содержанием Al или In (На Рис.1.2.2 продемонстрированазонная диаграмма подобной РО ДГС).
Такой подход позволяет увеличить высоту47потенциального барьера квантовой ямы, что в совокупности с ее малой ширинойдает возможность увеличить расстояние между уровнями размерного квантованиядо нужных значений. В расчетах использовалась модель прямоугольнойквантовой ямы.Рис 1.2.2 Зонная диаграмма исследованных РО ДГС.Гетероструктуры выращивалась методом МОС-гидридной эпитаксии припониженном давлении на подложках GaAs (100) в горизонтальном реакторепроточного типа.
В качестве исходных материалов элементов III-группыиспользовалисьтриметилалюминий,триэтилгаллийитриметилиндий,материалом V-группы выступал 100% арсин, газ носитель – водород. В качествелигатуры n- и р-типа использовались смесь силана с водородом и диэтилцинксоответственно. Температура роста изменялась в диапазоне 640÷770 ºС, адавление в реакторе в диапазоне – 60÷65 торр. В ходе данной работы быливыращены 12 квантоворазмерных гетероструктур, отличающихся составом итолщиной активного слоя da, которая варьировалась в пределах 4,5-9,0 нм. Изкаждой эпитаксиальной пластины были изготовлены по несколько партийпоперечно-одномодовых СЛД, отличавшихся только длиной активного канала La.48ЭкспериментальныеисследованияфизическиххарактеристикэтихСЛДпозволили получить статистически подтвержденную информацию о зависимостивыходных параметров образцов с одинаковыми длинами волн излучения оттолщины их активного слоя, а также о выходных параметрах образцов содинаковыми толщинами активных слоев различного составаКонструкция СЛД была традиционной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
