Диссертация (1104695), страница 9
Текст из файла (страница 9)
К настоящемувремени выпущено более 10000 отечественных СЛД-модулей серии SLD-37 стипичной шириной спектра 50 нм. Они успешно работают в составе ОКТ-системпо всему миру. Выпуск модулей серии SLD-35 с шириной спектра до 70 нм нестал столь массовым, однако около сотни научных центров, университетов ифирм, ведущих разработки и исследования новых систем ОКТ, приобрели этимодули либо отдельно, либо в составе комбинированных источников света серииBroadLighter. Подобные СЛД-модули выпускаются и успешно реализуются такжефирмамиEXALOS(серияEXS21)иDenseLight(серияDL-CR8).Востребованность СЛД данного спектрального диапазона с повышеннойширокополосностью не вызывает сомнений.Экспериментальные результатыЭкспериментальныеполупроводниковойобразцыгетероструктурыСЛДсбылиизготовленыраздельнымизограничениемэлектромагнитного поля и носителей заряда и со стандартными для системы(AlGa)As геометрией слоев и составами контактных, эмиттерных и волноводногослоев.
Особенностью гетероструктуры является конструкция квантоворазмернойактивной области, обеспечивающая возможность получить центральную длинуволны усиленного спонтанного излучения около 840 нм и при этом сильно«раздвинуть» спектральные максимумы, соответствующие квантовым переходамиз основного и возбужденного состояний. Решение данной задачи невозможнопри использовании традиционных для гетероструктур данного спектральногодиапазона квантовых ям из GaAs. Проведенные расчеты показали, чтопрактическаяреализацияуказанныхпараметровтребуетиспользованиянапряженных сверхтонких квантовых ям из твердого раствора (InGa)As снебольшим содержанием In.
Такой подход позволяет увеличить высотупотенциального барьера квантовой ямы, что в совокупности с ее малой шириной60дает возможность увеличить расстояние между уровнями размерного квантованиядо нужных значений, сохраняя положение центральной длины волны излучения.В расчетах использовалась модель прямоугольной квантовой ямы.Эпитаксиальная гетероструктура (InGa)As/(AlGa)As с одной квантовойямой (Рис. 1.3.1) была выращена методом МОС-гидридной эпитаксии, описанномв первом разделе данной главы. Конструкция СЛД была традиционной. Активныйканал представлял собой гребневидный волновод шириной 4 мкм, ось которогоимела наклон 7° по отношению к торцевым граням кристалла, на которые былинанесены антиотражающие покрытия.Рис.
1.3.1 Зонная диаграмма исследованной РО ДГС.Измерения проводились в непрерывном режиме инжекции при комнатныхтемпературах. Как и следовало ожидать, выравнивание спектральных максимумовудалось получить только у СЛД с малыми длинами активных каналов(La ≤ 700 мкм). Ватт-амперные характеристики СЛД представлены на Рис. 1.3.2. Ксожалению, в ходе постростовой обработки гетероэпитаксиальной пластины быланеудачно выполнена операция изготовления омического р-контакта.
По этойпричине диоды обладали повышенным дифференциальным электрическимсопротивлением, что наряду с высоким тепловым сопротивлением, характерным61для образцов малых размеров, привело к тому, что при плотностях тока инжекцииболее 5 кА/см2 наблюдалось тепловое насыщение выходной мощности.Выравнивание спектральных максимумов происходило при плотности тока10 – 11 кА/см2. Выходная мощность заметно зависела от рабочей температуры,тогда как спектральные характеристики при изменении температуры на 10 °Составались практически неизменными (Табл. 1.3.1).TLaIJPFSPSMλ∆λSFLc(мА)(кА/см2)(мВт)(мВт)(нм)(нм)(%)(мкм)40017510,910,3830102206,850023011,51,40,58329927760028011,72,5183494347,470035012,541,683692407,64001569,41,10,3829101216,85002971020,78319828760025010,43,31,383394357,470030610,75,42,283592427,6oC (мкм)2515Табл.
1.3.1 Характеристики СЛД с активным слоем состава In0.04Ga0.96As сразличными длинами активных каналов при выровненных спектральныхмаксимумах. (Обозначения те же, что и в Табл. 1.1.1)Выходная мощность (мВт)Выходная мощность (мВт)62654433221100246810 122Плотность тока инжекции (кА/см )а.645433221100246810 122Плотность тока инжекции (кА/см )б.Рис. 1.3.2. Ватт-амперные характеристики СЛД с различными длинамиактивного канала La (400 мкм (1), 500 мкм(2), 600 мкм (3), 700 мкм (4) притемпературах +25°С(а) и +15°С (б); отмечены рабочие точки, соответствующиевыровненным спектральным максимам)63Примерыспектровмаксимальнойшириныисоответствующиеимавтокорреляционные функции интенсивности для образцов длиной 400 и 700 мкмприведены на Рис.
1.3.3. Полуширины спектров около 100 нм для СЛД данногоспектрального диапазона являются рекордными. Уровень непрерывной выходноймощности порядка единиц милливатт достаточен для ряда метрологическихприменений и для некоторых систем ОКТ. Предварительные ресурсныеиспытания исследованных СЛД позволяют оценить их срок службы (около500 часов). Такой срок приемлем только для приборов, предназначенных длялабораторных исследований.Сама по себе плотность рабочего тока инжекции 104 А/см2 не являетсязапредельнойдляСЛД.Мынесомневаемсявтом,чтоулучшениеэлектрофизических характеристик СЛД на основе данной наногетероструктурыпозволит повысить их выходную мощность и обеспечитьприемлемуюнадежность. В свое время обзорная статья [82] получила название «Towards100nm-wide SLDs at 840 nm band».
Данная разработка – заметный шаг вуказанном направлении.Интенсивность (отн. ед.)Интенсивность (отн. ед.)641.000.750.50210.250.00750800850900Длина волны (нм)а.9501.000.750.501 20.250.00-30-20 -100102030Оптическая разность хода (мкм)б.Рис. 1.3.3 Спектры излучения максимальной ширины (а) и центральныепики соответствующих АКФ (б) для СЛД с La = 400 (1) и 700 (2) мкм651.4Пространственно - одномодовыеСЛДсцентральнымидлинами волн 790 нм, 840 нм, 960 нм, 1060 нм с непрерывнойвыходной оптической мощности до 100 мВтВведениеДля многих практических применений суперлюминесцентных диодов(СЛД) выходная оптическая мощность является ключевым параметром. При этомв большинстве случаев предпочтение отдается светоизлучающим модулям наоснове пространственно-одномодовых СЛД, у которых расходимость излучениясоответствует дифракционным пределам.В настоящее время на оптоэлектронном рынке имеется огромный выборпоперечно-одномодовыхлазерныхдиодов(ЛД)различныхспектральныхдиапазонов с непрерывной выходной мощностью в сотни мВт.
Уровень мощностикоммерчески доступных СЛД значительно скромнее. Это связано с более низкойвнешней квантовой эффективностью СЛД, а также с тем, что из-за более высокойконцентрации неравновесных носителей заряда в рабочих режимах они обладаютменьшими порогами катастрофической оптической деградации (КОД), а процессыстарения в них протекают быстрее, чем в ЛД. Количества публикаций,посвященных совершенствованию мощностных характеристик ЛД и СЛДнесоизмеримы.
Тем не менее, за последние 20 лет опубликовано немалорезультатов экспериментальных работ, в которых реализованы одномодовые СЛДИК-диапазона спектра с непрерывной выходной мощностью, превышающей100 мВт (см., например, [99,100,101,102,103,104]). Проблема надежности этихприборов обычно не рассматриваетcя. Указанный уровень мощности донастоящего времени был достигнут только для серийных СЛД-модулей с длинойволны излучения около 1300 нм производства фирмы DenseLight. Что же касаетсяСЛД «ближайшего» ИК-диапазона спектра 750-1100 нм, то, несмотря на их болеевысокую эффективность, выходная мощность серийно выпускаемых СЛДмодулей не превышает 60 мВт (производители: EXALOS, InPhenix, DenseLight,Optoenergy Inc, ООО «Суперлюминесцентные диоды».
и др.).66Очевидным путем повышения выходной мощности является изготовлениеСЛД с «широким» многомодовым активным каналом. Однако расходимость ихизлучения в плоскости р-n перехода сильно превышает дифракционный предел[105], что во многих случаях представляет серьёзное препятствие для ихпрактического применения. То же относится и к наборам СЛД в интегральномисполнении [106]. Радикальное решение проблемы – это использованиеМОРА-систем, в которых в качестве задающих генераторов используются СЛД, ав качестве усилителей мощности – полупроводниковые оптические усилители(ПОУ)склиновиднымактивнымканалом,обладающиерасходимостьюизлучения, близкой к дифракционной. Например, фирмы Toptica и SacherLasertechnikвыпускаютобширнуюгаммутакихПОУдляразличныхспектральных диапазонов. При мощности входного сигнала 5-50 мВт ониобеспечиваютнепрерывнуювыходнуюмощностьдо3Вт.УказанныеМОРА-системы, как правило, содержат фокусирующую и коллимирующуюоптику, а также оптический изолятор между СЛД и ПОУ.
Это отдельный классприборов, относительно крупногабаритных и дорогостоящих. Эксперименты пореализации подобных систем в интегральном исполнении без использованияоптической изоляции [107], насколько нам известно, не имели практическихпоследствий.ВесьмаинтереснаконструкцияСЛД,вкоторойактивныйканалпредставляет собой многомодовый интерферометр [108,109]. Такие СЛДобладают дифракционной расходимостью излучения и при этом позволяютзначительно повысить выходную мощность и снизить токовую нагрузку за счетувеличения объёма активного канала по сравнению с традиционными «узкими»СЛД. К сожалению, данная конструкция не решает проблемы КОД, связанной сразрушением торцевых граней.В настоящей работе исследованы СЛД традиционной конструкцииближнего ИК-диапазона спектра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
