RU2539117C1 - Semiconductor amplifier of optical emission - Google Patents
Semiconductor amplifier of optical emission Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539117C1 RU2539117C1 RU2013144976/28A RU2013144976A RU2539117C1 RU 2539117 C1 RU2539117 C1 RU 2539117C1 RU 2013144976/28 A RU2013144976/28 A RU 2013144976/28A RU 2013144976 A RU2013144976 A RU 2013144976A RU 2539117 C1 RU2539117 C1 RU 2539117C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- region
- ohmic contact
- optical
- absorption
- amplification
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к квантовой электронике и квантовым усилителям, а именно к полупроводниковым усилителям оптического излучения лазеров.The present invention relates to quantum electronics and quantum amplifiers, in particular to semiconductor optical laser amplifiers.
Для широкого спектра практических приложений требуются источники лазерного излучения с высокой импульсной мощностью, узкой линией спектра генерации и одномодовой структурой излучения: беспроводная оптическая связь, нелинейная оптика (получение высших гармоник - переход в видимую область спектра, генерация терагерцового излучения), спектроскопия с временным разрешением, метрологические задачи (атомная спектроскопия, стандарты часов), радиолокационные системы на основе антенн с фазированными решетками, системы мониторинга окружающего пространства (сюда входят такие задачи, как: дальнометрия, измерение скоростей движущихся объектов и воздушных потоков, контроль химического состава).For a wide range of practical applications, laser sources with high pulsed power, a narrow line of the generation spectrum and a single-mode radiation structure are required: wireless optical communication, nonlinear optics (obtaining higher harmonics - transition to the visible region of the spectrum, terahertz radiation generation), time-resolved spectroscopy, metrological tasks (atomic spectroscopy, clock standards), radar systems based on antennas with phased arrays, environmental monitoring systems about space (this includes tasks such as: ranging, measuring the speeds of moving objects and air flows, controlling the chemical composition).
Известно, что лазеры на основе полупроводниковых гетероструктур способны демонстрировать излучательные характеристики с параметрами, необходимыми для практических приложений: высокой импульсной мощностью (I.S. Tarasov, N.A. Pikhtin, S.O. Slipchenko, Z.N. Sokolova, D.A. Vinokurov, V.A. Kapitonov, M.A. Khomylev, A.Yu. Leshko, A.V. Lyutetskiy, A.L. Stankevich. High Power Lasers Based on Low Internal Loss Asymmetric Separate Confinement Quantum Well Heterostructures. (Review) Spectrochimica Acta Part A 66 (2007), issues 4-5, (April), 819-823), узкой линией спектра генерации (В.В. Васильева, Д.А. Винокуров, В.В. Золотарев, А.Ю. Лешко, А.Н. Петрунов, Н.А. Пихтин, М.Г. Растегаева, З.Н. Соколова, И.С. Шашкин, И.С. Тарасов, Дифракционные решетки с отражением в высоком порядке для мощных полупроводниковых лазеров, ФТП, 2012, том 46, выпуск 2) и одномодовой структурой излучения (А.Ю. Лешко, А.В. Лютецкий, Н.А. Пихтин, С.О. Слипченко, З.Н. Соколова, Н.В. Фетисова, Е.Г. Голикова*, Ю.А. Рябоштан*, И.С. Тарасов. Мощные одномодовые лазерные диоды на основе квантово-размерных InGaAsP/InP-гетероструктур (lambda=1.3-1.6 мкм), ФТП, 2002, том 36, выпуск 11). При этом такие излучатели характеризуются малыми габаритами, высокой энергоэффективностью и низкой стоимостью. Однако проблема заключается в том, что невозможно одновременно достичь требуемых значений всех параметров в рамках одного монолитного полупроводникового лазера (Р.W. Juodawlkis, J.J. Plant, W. Loh, L.J. Missaggia, F.J. O'Donnell, D.C. Oakley, A. Napoleone, J. Klamkin, J.T. Gopinath, D.J. Ripin, S. Gee, P.J. Delfyett, J.P. Donnelly. High-Power, Low-Noise 1.5-µm Slab-Coupled Optical Waveguide (SCOW) Emitters: Physics, Devices, and Applications. J. of Selected topics in Quantum Electronics. 2011. Vol.17, No.6. p.1698). Принципиально, для полупроводникового лазера, возможно получение одномодового лазерного излучения с узкой линией спектра генерации, но низкой выходной оптической мощностью. Проблема увеличения выходной оптической мощности решается путем создания лазерных систем на основе полупроводниковых усилителей оптического излучения. Общий принцип функционирования такой системы заключается в том, что маломощное излучение задающего лазера-генератора, характеризуемое узким спектром и одномодовой структурой, вводится в полупроводниковых усилителях оптического излучения. В итоге, на выходе усилителя формируется излучение большей мощности и с теми же спектральными и модовыми параметрами.It is known that lasers based on semiconductor heterostructures are capable of demonstrating emissive characteristics with parameters necessary for practical applications: high pulsed power (IS Tarasov, NA Pikhtin, SO Slipchenko, ZN Sokolova, DA Vinokurov, VA Kapitonov, MA Khomylev, A.Yu. Leshko , AV Lyutetskiy, AL Stankevich. High Power Lasers Based on Low Internal Loss Asymmetric Separate Confinement Quantum Well Heterostructures. (Review) Spectrochimica Acta Part A 66 (2007), issues 4-5, (April), 819-823), narrow line generation spectrum (V.V. Vasilieva, D.A. Vinokurov, V.V. Zolotarev, A.Yu. Leshko, A.N. Petrunov, N.A. Pikhtin, M.G. Rastegaeva, Z.N. Sokolova , I.S. Shash in, I.S. Tarasov, High-order diffraction gratings for high-power semiconductor lasers, FTP, 2012, Volume 46, Issue 2) and a single-mode radiation structure (A.Yu. Leshko, A.V. Lyutetskiy, N.A. Pikhtin, S.O. Slipchenko, Z.N. Sokolova, N.V. Fetisova, E.G. Golikova *, Yu.A. Ryaboshtan *, I.S. Tarasov. Powerful single-mode laser diodes based on quantum-size InGaAsP / InP-heterostructures (lambda = 1.3-1.6 μm), FTP, 2002, Volume 36, Issue 11). Moreover, such emitters are characterized by small dimensions, high energy efficiency and low cost. However, the problem is that it is impossible to simultaneously achieve the required values of all parameters within a single monolithic semiconductor laser (P.W. Juodawlkis, JJ Plant, W. Loh, LJ Missaggia, FJ O'Donnell, DC Oakley, A. Napoleone, J Klamkin, JT Gopinath, DJ Ripin, S. Gee, PJ Delfyett, JP Donnelly. High-Power, Low-Noise 1.5-µm Slab-Coupled Optical Waveguide (SCOW) Emitters: Physics, Devices, and Applications. J. of Selected topics in Quantum Electronics. 2011. Vol.17, No.6. p. 1698). Fundamentally, for a semiconductor laser, it is possible to obtain single-mode laser radiation with a narrow generation spectrum line, but a low output optical power. The problem of increasing the output optical power is solved by creating laser systems based on semiconductor optical radiation amplifiers. The general principle of the operation of such a system is that low-power radiation from a master laser generator, characterized by a narrow spectrum and a single-mode structure, is introduced into semiconductor optical radiation amplifiers. As a result, at the output of the amplifier, radiation of higher power is generated with the same spectral and mode parameters.
Известен полупроводниковый усилитель оптического излучения (см. патент US 2002154393), который включает волновод для фундаментальной моды, который обеспечивает распространение света со структурой фундаментальной моды, первый многомодовый волновод, который имеет большую ширину, чем волновод для фундаментальной моды, и оптически связан с волноводом для фундаментальной моды, и обеспечивает распространение модовых структур, второй многомодовый волновод, который имеет большую ширину, чем первый многомодовый волновод, и оптически связан с первым многомодовым волноводом и обеспечивает распространение модовых структур.A semiconductor optical radiation amplifier is known (see US Pat. No. 2002154393), which includes a fundamental mode waveguide that propagates light with a fundamental mode structure, a first multimode waveguide that is wider than a fundamental mode waveguide and is optically coupled to the waveguide for fundamental mode, and provides the propagation of mode structures, the second multimode waveguide, which has a larger width than the first multimode waveguide, and is optically coupled to the first multimode waveguide, and provides distribution of modal structures.
Недостатком известного полупроводникового усилителя оптического излучения является отсутствие дополнительных технических решений, обеспечивающих увеличение внутренних оптических потерь в пассивных областях, в результате рабочее значение коэффициента усиления существенно ниже из-за эффекта насыщения за порогом генерации замкнутой моды.A disadvantage of the known semiconductor optical radiation amplifier is the lack of additional technical solutions providing an increase in internal optical loss in passive regions, as a result of which the working value of the gain is much lower due to the saturation effect beyond the threshold of closed-mode generation.
Известен полупроводниковый усилитель оптического излучения (см. патент US 2005111079). Устройство известного полупроводникового усилителя оптического излучения включает сигнальный волновод для ведения оптического сигнала вдоль сигнального пути, и далее состоящий из одного или нескольких лазерных резонаторов, имеющих область усиления, лежащую вне сигнального волновода, область усиления располагается достаточно близко к сигнальному волноводу, так что, когда область усиления накачивается током, оптический сигнал, проходящий дальше по сигнальному волноводу, усиливается из-за крайне слабой связи с резонатором лазера. Когда область усиления достаточно накачана, чтобы обеспечить лазерную генерацию в лазерном резонаторе, то достигается насыщение усиления оптического сигнала. Дополнительные особенности, связанные с сегментированным лазерным резонатором, - это раздельная накачка области лазерного резонатора, области решетки, профилирование тока, что улучшает шумовые характеристики прибора, подавление эффекта взаимного влияния при инжекции, возможность манипуляции пиковым усилением, интеграция с фотодетектором, интеграция с модулятором.Known semiconductor optical radiation amplifier (see patent US 2005111079). The device of the known semiconductor optical radiation amplifier includes a signal waveguide for driving the optical signal along the signal path, and further consisting of one or more laser resonators having a gain region lying outside the signal waveguide, the gain region is sufficiently close to the signal waveguide, so that when the region gain is pumped by current, the optical signal passing further along the signal waveguide is amplified due to extremely weak coupling with the laser cavity. When the amplification region is sufficiently pumped to provide laser generation in the laser cavity, saturation of the amplification of the optical signal is achieved. Additional features associated with a segmented laser resonator include separate pumping of the laser resonator region, the grating region, and current profiling, which improves the noise characteristics of the device, suppression of the mutual influence effect during injection, the possibility of manipulating peak amplification, integration with a photodetector, and integration with a modulator.
Недостатком известного полупроводникового усилителя оптического излучения является отсутствие дополнительных технических решений, обеспечивающих увеличение внутренних оптических потерь в пассивных областях, в результате рабочее значение коэффициента усиления существенно ниже из-за эффекта насыщения за порогом генерации замкнутой моды.A disadvantage of the known semiconductor optical radiation amplifier is the lack of additional technical solutions providing an increase in internal optical loss in passive regions, as a result of which the working value of the gain is much lower due to the saturation effect beyond the threshold of closed-mode generation.
Известен полупроводниковый усилитель оптического излучения (см. патент US 2007258495), который состоит из активного волновода, активный волновод, включающий первый волновод, который поддерживает множество мод, включая фундаментальную моду, и второй волновод, который шире, чем первый волновод, и поддерживает многомодовую структуру, в которой фундаментальная мода обеспечивается генерацией света из активного волновода.A semiconductor optical radiation amplifier is known (see patent US 2007258495), which consists of an active waveguide, an active waveguide including a first waveguide that supports many modes, including the fundamental mode, and a second waveguide, which is wider than the first waveguide, and supports a multimode structure , in which the fundamental mode is provided by the generation of light from an active waveguide.
Недостатком известного полупроводникового усилителя оптического излучения является отсутствие дополнительных технических решений, обеспечивающих увеличение внутренних оптических потерь в пассивных областях, в результате рабочее значение коэффициента усиления существенно ниже из-за эффекта насыщения за порогом генерации замкнутой моды.A disadvantage of the known semiconductor optical radiation amplifier is the lack of additional technical solutions providing an increase in internal optical loss in passive regions, as a result of which the working value of the gain is much lower due to the saturation effect beyond the threshold of closed-mode generation.
Известен полупроводниковый усилитель оптического излучения (см. патент US 2012243074). Известный полупроводниковый усилитель оптического излучения включает входную поверхность волноводной секции оптического усилителя, которая имеет первый покрывающий слой. Выходная поверхность волноводной секции оптического усилителя, которая связана с входной поверхностью волноводной секции оптического усилителя и имеющая второй активный покрывающий слой, который шире, чем первый покрывающий слой. Ширина первого активного покрывающего слоя и относительная разность показателя преломления между первым активным покрывающим слоем и подстроечным слоем секции эмиттера в ширину в направлении второго активного покрывающего слоя установлены так, что плотность носителей и фактор оптического ограничения в первом активном покрывающем слое выше, чем плотность носителей и фактор оптического ограничения во втором активном покрывающем слое.Known semiconductor optical radiation amplifier (see patent US 2012243074). Known semiconductor optical radiation amplifier includes an input surface of the waveguide section of the optical amplifier, which has a first covering layer. The output surface of the waveguide section of the optical amplifier, which is connected to the input surface of the waveguide section of the optical amplifier and having a second active covering layer that is wider than the first covering layer. The width of the first active coating layer and the relative difference in the refractive index between the first active coating layer and the adjustment layer of the emitter section in the width direction of the second active coating layer are set so that the carrier density and optical limiting factor in the first active coating layer are higher than the carrier density and factor optical restriction in the second active coating layer.
Полупроводниковый усилитель оптического излучения состоит из секции 1 - входная сторона и входной волновод усилителя, секции 2 - выходная сторона и выходной волновод усилителя, связанный с входным волноводом усилителя, входной световой сигнал усилителя, который поступает из входной секции 1 и выходит как выходной оптический сигнал из выходной стороны секции 2. Электрические контакты к верхним слоям сформированы только к области инжекции, остальная часть поверхности верхнего слоя секции 1 покрыта полиамидом, а поверхность секции 2, не покрытая контактом, закрыта защитным диэлектриком.A semiconductor optical radiation amplifier consists of
Недостатком известного полупроводникового усилителя оптического излучения является отсутствие дополнительных технических решений, обеспечивающих увеличение внутренних оптических потерь в пассивных областях, в результате рабочее значение коэффициента усиления существенно ниже из-за эффекта насыщения за порогом генерации замкнутой моды.A disadvantage of the known semiconductor optical radiation amplifier is the lack of additional technical solutions providing an increase in internal optical loss in passive regions, as a result of which the working value of the gain is much lower due to the saturation effect beyond the threshold of closed-mode generation.
Известен полупроводниковый усилитель оптического излучения (см. N. Michel, M. Ruiz, M. Calligaroa, Y. Robert, M. Lecomte, О. Parillauda, M. Krakowski, I. Esquivias, H. Odriozola, J.M.G. Tijerob, C.H. Kwokc, R.V. Pentyc, I.H. White. - Two-sections tapered diode lasers for 1 Gbps free-space optical communications with high modulation efficiency Novel In-Plane Semiconductor Lasers IX. - Proc. of SPIE Vol.7616, 76161F·2010 SPIE·CCC code: 0277-786X/10/$18·doi: 10.1117/12.840702) на основе AlGaAs/InGaAs/GaAs гетероструктуры, интегрированный малосигнальный генератор лазерных импульсов длиной 1 мм, представляющий полосковую конструкцию, ограниченную в продольном направлении протравленными мезаканавками, и оптический полупроводниковый усилитель длиной 2 мм, характеризующийся расширяющейся в плоскости слоев гетероструктуры под углом 40° областью инжекции. Интегрированный малосигнальный генератор лазерных импульсов и оптический полупроводниковый усилитель были электрически изолированы друг от друга. Была получена пиковая мощность 530 мВт при генерации случайной последовательности импульсов. Достигнутые импульсные характеристики были получены при непрерывной накачке секции усиления током 1,1 А и импульсной накачке секции управления током амплитудой 48 мА. Физический принцип работы предлагаемой конструкции заключался в следующем: оптический импульс, генерируемый импульсным током накачки в интегрированном малосигнальном генераторе лазерных импульсов, усиливался, распространяясь в оптическом полупроводниковом усилителе.A semiconductor optical radiation amplifier is known (see N. Michel, M. Ruiz, M. Calligaroa, Y. Robert, M. Lecomte, O. Parillauda, M. Krakowski, I. Esquivias, H. Odriozola, JMG Tijerob, CH Kwokc, RV Pentyc, IH White. - Two-sections tapered diode lasers for 1 Gbps free-space optical communications with high modulation efficiency Novel In-Plane Semiconductor Lasers IX. - Proc. Of SPIE Vol.7616, 76161F · 2010 SPIE · CCC code: 0277-786X / 10 / $ 18 · doi: 10.1117 / 12.840702) based on AlGaAs / InGaAs / GaAs heterostructures, an integrated small-signal
Недостатком известного полупроводникового усилителя оптического излучения является отсутствие дополнительных технических решений, обеспечивающих увеличение внутренних оптических потерь в пассивных областях, в результате рабочее значение коэффициента усиления существенно ниже из-за эффекта насыщения за порогом генерации замкнутой моды.A disadvantage of the known semiconductor optical radiation amplifier is the lack of additional technical solutions providing an increase in internal optical loss in passive regions, as a result of which the working value of the gain is much lower due to the saturation effect beyond the threshold of closed-mode generation.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является полупроводниковый усилитель оптического излучения (см. X. Wang, G. Erbert, H. Wenzel, В. Eppich, P. Crump, A. Ginolas, J. Fricke, F. Bugge, M. Spreemann and G. Trankle. High-power, spectrally stabilized, near-diffraction-limited 970 nm laser light source based on truncated-tapered semiconductor optical amplifiers with low confinement factors, Semicond. Sci. Technol. 27 (2012) 015010). Полупроводниковый усилитель оптического излучения - прототип - содержит гетероструктуру раздельного ограничения, включающую расширенный волновод, ограничительные слои которого одновременно являются эмиттерами p- и n-типа проводимости, активную область, состоящую из одного квантово-размерного активного слоя. Полупроводниковый усилитель оптического излучения также содержит грани, ограничивающие кристалл усилителя в плоскости поперек слоям гетероструктуры. Одна из граней является оптическим входом, а противоположная - оптическим выходом. На поверхности граней оптического входа и оптического выхода нанесены просветляющие покрытия. Первый омический контакт расположен со стороны подложки, а второй - со стороны эмиттера p-типа проводимости и формирует область усиления и область инжекции. Области кристалла вне области усиления формируют области поглощения. В областях поглощения потери сформированы за счет имплантации ионов. Известный полупроводниковый усилитель оптического излучения обеспечивает сохранение одномодовой структуры излучения в параллельной плоскости до выходной мощности порядка 4 Вт.The closest in technical essence and combination of essential features is a semiconductor optical radiation amplifier (see X. Wang, G. Erbert, H. Wenzel, B. Eppich, P. Crump, A. Ginolas, J. Fricke, F. Bugge, M Spreemann and G. Trankle. High-power, spectrally stabilized, near-diffraction-limited 970 nm laser light source based on truncated-tapered semiconductor optical amplifiers with low confinement factors, Semicond. Sci. Technol. 27 (2012) 015010). A semiconductor optical radiation amplifier - a prototype - contains a separate confinement heterostructure, including an expanded waveguide, the confining layers of which are simultaneously emitters of p- and n-type conductivity, an active region consisting of one quantum-dimensional active layer. The semiconductor optical radiation amplifier also contains faces bounding the amplifier crystal in a plane across the layers of the heterostructure. One of the faces is an optical input, and the opposite is an optical output. On the surface of the faces of the optical input and optical output, antireflection coatings are applied. The first ohmic contact is located on the side of the substrate, and the second is on the side of the p-type emitter and forms the amplification region and the injection region. Regions of the crystal outside the amplification region form absorption regions. In the absorption regions, losses are formed due to implantation of ions. The well-known semiconductor optical radiation amplifier ensures the preservation of a single-mode radiation structure in a parallel plane to an output power of about 4 watts.
Недостатком известного полупроводникового усилителя оптического излучения является сложность технологии изготовления, связанная с необходимостью использования технологии имплантации ионов водорода в пассивные области для подавления замкнутой моды.A disadvantage of the known semiconductor optical radiation amplifier is the complexity of manufacturing technology associated with the need to use the technology of implantation of hydrogen ions in passive regions to suppress the closed mode.
Задачей настоящего изобретения является разработка такой конструкции полупроводникового усилителя оптического излучения, которая бы обеспечивала упрощение технологии изготовления за счет удаления дорогостоящих технологических процессов, при этом сохраняла бы функции эффективного оптического усилителя, обеспечивая увеличение оптической мощности входного лазерного импульса, при сохранении его спектральных и модальных характеристик.The present invention is to develop such a design of a semiconductor optical radiation amplifier that would simplify the manufacturing technology by removing costly technological processes, while maintaining the functions of an effective optical amplifier, providing an increase in the optical power of the input laser pulse while maintaining its spectral and modal characteristics.
Поставленная задача решается тем, что конструкция предлагаемого полупроводникового усилителя оптического излучения включает гетероструктуру, выраженную на подложке n-типа проводимости, состоящую из широкозонных эмиттеров n-типа проводимости и p-типа проводимости, являющихся одновременно слоями оптического ограничения, волноводного слоя, заключенного между ними, расположенной в нем активной области, включающей по меньшей мере один квантово-размерный активный слой, грани, ограничивающие кристалл в направлении поперек слоям гетероструктуры, одна из которых является оптическим входом, а противоположная - оптическим выходом, нанесенные на поверхности грани оптического входа и грани оптического выхода просветляющие покрытия, первый омический контакт на внешней стороне подложки и по меньшей мере один второй омический контакт, расположенный со стороны эмиттера р-типа проводимости и формирующий область усиления и область инжекции, область поглощения, расположенную вне области усиления, при этом области усиления и области поглощения оптически связаны по меньшей мере через часть волноводного слоя, общего для областей усиления и поглощения, по меньшей мере один третий омический контакт к области поглощения, расположенный со стороны эмиттера p-типа проводимости, геометрические размеры которого удовлетворяют неравенствуThe problem is solved in that the design of the proposed semiconductor optical radiation amplifier includes a heterostructure expressed on an n-type conductivity substrate, consisting of wide-gap emitters of n-type conductivity and p-type conductivity, which are simultaneously layers of optical confinement, a waveguide layer enclosed between them, the active region located therein, including at least one quantum-well active layer, faces bounding the crystal in the direction across the heterostrule layers structures, one of which is an optical input, and the opposite is an optical output, antireflection coatings deposited on the surface of the optical input face and optical output face, the first ohmic contact on the outer side of the substrate and at least one second ohmic contact located on the side of the emitter type of conductivity and forming an amplification region and an injection region, an absorption region located outside the amplification region, wherein the amplification region and the absorption region are optically coupled at least through h part of the waveguide layer common to the amplification and absorption regions, at least one third ohmic contact to the absorption region, located on the side of the p-type emitter, the geometric dimensions of which satisfy the inequality
q·αмакс·Sпогл≥k·Gмакс·Sус q · α max · S max. ≥k · G max · S whisker
k=1.1k = 1.1
q≥0.5q≥0.5
αмакс - максимальное значение оптических потерь в области поглощения при отсутствии фотогенерированных носителей заряда и эффекта Штарка (см-1), Gмакс - материальное усиление в активной области, достигаемое при заданном рабочем токе через второй омический контакт (см-1), Sпогл - площадь третьего омического контакта (см2), Sус - площадь второго омического контакта (см2), k - коэффициент учитывает возможные неоднородности и флуктуации в области усиления (отн.ед.), q - коэффициент связи максимального значения оптических потерь в области поглощения при отсутствии фотогенерированных носителей заряда и эффекта Штарка с минимальными оптическими потерями в диапазоне спектра спонтанного излучения области усиления в условиях полного перекрытия спектра потерь области поглощения со спектром спонтанного излучения области усиления (отн.ед.), при этом каждый второй омический контакт электрически изолирован от каждого третьего омического контакта.α max - the maximum value of optical loss in the absorption region in the absence of the photogenerated charge carriers and Stark effect (cm -1), G max - the material gain in the active area achieved at a given operating current through the second ohmic contact (cm -1), S abs is the area of the third ohmic contact (cm 2 ), S wh is the area of the second ohmic contact (cm 2 ), k is the coefficient that takes into account possible inhomogeneities and fluctuations in the amplification region (rel. units), q is the coupling coefficient of the maximum value of optical losses in the region louder in the absence of photogenerated charge carriers and the Stark effect with minimal optical losses in the range of the spectrum of the spontaneous emission of the amplification region under conditions of the complete overlap of the loss spectrum of the absorption region with the spectrum of spontaneous emission of the amplification region (rel. units), and every second ohmic contact is electrically isolated from every third ohmic contact.
Электрическая изоляция второго омического контакта от третьего омического контакта обеспечивается вытравленной мезаканавой или стравливанием части эмиттера p-типа проводимости.Electrical isolation of the second ohmic contact from the third ohmic contact is provided by an etched mesakan or by etching a part of the p-type emitter.
Улучшение таких характеристик, как упрощение технологии изготовления предлагаемого полупроводникового усилителя оптического излучения, обеспечивается за счет включения третьего омического контакта к области поглощения, электрически изолированной от области усиления, обеспечивающего такие оптические потери, что пороговые условия генерации замкнутой моды не выполняются. Использование области усиления с подавленными обратными связями для паразитных модовых структур обеспечивает увеличение оптической мощности входного лазерного импульса, при сохранении его спектральных и модальных характеристик.The improvement of such characteristics as simplification of the manufacturing technology of the proposed semiconductor optical radiation amplifier is provided by the inclusion of a third ohmic contact to the absorption region, electrically isolated from the amplification region, providing such optical losses that the threshold conditions for the generation of the closed mode are not satisfied. The use of a gain region with suppressed feedback for spurious mode structures provides an increase in the optical power of the input laser pulse, while maintaining its spectral and modal characteristics.
Заявляемый инжекционный лазер поясняется чертежами, гдеThe inventive injection laser is illustrated by drawings, where
на фиг.1 показан известный полупроводниковый усилитель оптического излучения;figure 1 shows a known semiconductor optical radiation amplifier;
на фиг.2 показан заявляемый полупроводниковый усилитель оптического излучения;figure 2 shows the inventive semiconductor optical radiation amplifier;
на фиг.3 приведены качественные зависимости усиления в активной области (Gмат), от длины волны (λ) при токе I1 (кривая 1) и токе I2>I1 (кривая 2), пропускаемом через область усиления; кривая 3 - зависимость интенсивности потока фотонов (Iсп), получившихся в результате спонтанной рекомбинации, от длины волны (λ) для тока накачки в области усиления I2; кривая 4 - зависимость оптических потерь в области поглощения (αпогл) от длины волны (λ) при сохранении фотогенерированных носителей заряда при накачке области усиления током I2; кривая 5 - зависимость оптических потерь в области поглощения (αпогл) от длины волны (λ) при экстракции фотогенерированных носителей заряда и отсутствии эффекта Штарка; кривая 6 - зависимость оптических потерь в области поглощения (αпогл) от длины волны (λ) при экстракции фотогенерированных носителей заряда и наличии эффекта Штарка.figure 3 shows the qualitative dependence of the gain in the active region (G mat ), on the wavelength (λ) at current I1 (curve 1) and current I2> I1 (curve 2), passed through the amplification region;
В общем случае конструкция известного полупроводникового усилителя оптического излучения (фиг.1) включает гетероструктуру, выращенную на подложке n-типа проводимости 1, состоящую из широкозонных эмиттеров n-типа проводимости 2 и p-типа проводимости 3, являющихся одновременно слоями оптического ограничения, волноводного слоя 4, заключенного между ними, расположенной в нем активной области 5, включающей, по меньшей мере, один квантово-размерный активный слой, грани, ограничивающие кристалл в направлении поперек слоям гетероструктуры 6, 7, 8, 9, одна из которых является оптическим входом 6, а противоположная 8 - оптическим выходом, нанесенные на грань оптического входа и грань оптического выхода просветляющие покрытия 10, первый омический контакт 11 на внешней стороне подложки и по меньшей мере один второй омический контакт 12 (заштрихован точками), расположенный со стороны эмиттера р-типа проводимости 3 и формирующий область усиления 13 (заштрихована перекрестными линиями) и область инжекции 14 (заштрихована вертикальными линиями), область поглощения 15 (заштрихована горизонтальными линиями), расположенную вне области усиления 13, при этом области усиления и области поглощения оптически связаны, по меньшей мере, через часть волноводного слоя 4, общего для областей усиления 13 и поглощения 15. Элемент 16, обеспечивающий электрическую изоляцию омического контакта 12 от области поглощения 15, сформирован имплантацией ионов или вытравленной мезаканавой.In the General case, the design of the known semiconductor optical radiation amplifier (figure 1) includes a heterostructure grown on a substrate of n-
Конструкция предлагаемого полупроводникового усилителя оптического излучения (фиг.2) включает гетероструктуру, выраженную на подложке n-типа проводимости 1, состоящую из широкозонных эмиттеров n-типа проводимости 2 и p-типа проводимости 3, являющихся одновременно слоями оптического ограничения, волноводного слоя 4, заключенного между ними, расположенной в нем активной области 5, включающей по меньшей мере один квантово-размерный активный слой, грани, ограничивающие кристалл в направлении поперек слоям гетероструктуры 6, 7, 8, 9, одна из которых является оптическим входом 6, а противоположная 8 - оптическим выходом, нанесенные на поверхности грани оптического входа и грани оптического выхода просветляющие покрытия 10, первый омический контакт 11 на внешней стороне подложки и по меньшей мере один второй омический контакт 12 (заштрихован точками), расположенный со стороны эмиттера p-типа проводимости 3 и формирующий область усиления 13 (заштрихована перекрестными линиями) и область инжекции 14 (заштрихована вертикальными линиями), область поглощения 15 (заштрихована горизонтальными линиями), расположенную вне области усиления 13, при этом области усиления и области поглощения оптически связаны по меньшей мере через часть волноводного слоя 4, общего для областей усиления 13 и поглощения 15, по меньшей мере один третий омический контакт 17 к области поглощения 15, расположенный со стороны эмиттера p-типа проводимости 3, при этом каждый второй омический контакт 12 электрически изолирован от каждого третьего омического контакта 17. Элемент 16, обеспечивающий электрическую изоляцию второго омического контакта 12 от третьего омического контакта 17, сформирован вытравленной мезаканавой или стравливанием части эмиттера p-типа проводимости 3.The design of the proposed semiconductor optical radiation amplifier (Fig. 2) includes a heterostructure expressed on an n-type substrate 1, consisting of wide-gap emitters of n-type conductivity 2 and p-type conductivity 3, which are both layers of optical limitation, waveguide layer 4, concluded between them, the active region 5 located in it, including at least one quantum-dimensional active layer, faces bounding the crystal in the direction across the heterostructure layers 6, 7, 8, 9, one of which x is an optical input 6, and the opposite 8 is an optical output, antireflective coatings 10 deposited on the surface of the optical input face and optical output face, the first ohmic contact 11 on the outer side of the substrate and at least one second ohmic contact 12 (dotted with dots) located from the p-type emitter side 3 and forming the amplification region 13 (shaded by cross lines) and the injection region 14 (shaded by vertical lines), the absorption region 15 (shaded by horizontal lines ii) located outside the amplification region 13, wherein the amplification regions and absorption regions are optically connected through at least a part of the waveguide layer 4 common to the amplification regions 13 and absorption 15, at least one third ohmic contact 17 to the absorption region 15 located from the side of the p-type emitter 3, while every second ohmic contact 12 is electrically isolated from every third ohmic contact 17. An
Физический принцип работы полупроводникового усилителя оптического излучения заключается в том, что прямой ток, величина которого больше тока прозрачности, протекая через область усиления, создает в активной области инверсную концентрацию электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне, формирующую эффект усиления за счет индуцированных потоком фотонов межзонных оптических переходов. Чем больше ток, тем выше инверсная концентрация, тем большее значение усиления можно получить (фиг.3, кривая 1, 2). Максимальное значение усиления на переходах между выбранными энергетическими состояниями достигается при полном заполнении носителями заряда всех энергетических состояний данных уровней. Электроны в зоне проводимости и дырки в валентной зоне имеют квазинепрерывное распределение по энергии. В этом случае энергетический диапазон, для которого достигается эффект усиления, может быть достаточно широким (фиг.3, кривая 1, 2) (С.О. Слипченко, А.А. Подоскин, Н.А. Пихтин, А.Л. Станкевич, Н.А. Рудова, А.Ю. Лешко, И.С. Тарасов. Спектры электролюминесценции и поглощения полупроводниковых лазеров с низкими оптическими потерями на основе квантово-размерных гетероструктур InGaAs/AlGaAs/GaAs, ФТП, т.45, вып.5, с.682 (2011)). Т.к. для всех излучающих приборов используемые материалы активной области являются прямозонными, то во всем энергетическом интервале, заполненном носителями заряда, происходит межзонная спонтанная излучательная рекомбинация, создающая поток спонтанных фотонов (фиг.3, кривая 3), в том числе распространяющихся вдоль области усиления. В этом случае любая паразитная обратная связь, возникшая в кристалле полупроводникового усилителя для спонтанных фотонов, генерируемых активной средой области усиления, приводит к уменьшению эффективности прибора, падению коэффициента усиления. Также не подавленная обратная связь ведет к выполнению пороговых условий генерации для паразитных модовых структур, в том числе замкнутых мод, захватывающих области поглощения (С.О. Слипченко, А.А. Подоскин, Н.А. Пихтин, З.Н. Соколова, А.Ю. Лешко, И.С. Тарасов. Анализ пороговых условий генерации замкнутой моды в полупроводниковых лазерах Фабри-Перо, ФТП, т.45, вып.5, с.672 (2011); С.О. Слипченко, А.А. Подоскин, Д.А. Винокуров, А.Л. Станкевич, А.Ю. Лешко, Н.А. Пихтин, В.В. Забродский, И.С. Тарасов. Анализ условий срыва генерации мод резонатора Фабри-Перо в полупроводниковых лазерах с полосковым контактом, ФТП, т.45, вып.10, с.1431 (2011)). Т.к. за порогом генерации любой модовой структуры усиление в активной области фиксируется, то, в результате выполнения пороговых условий генерации паразитных модовых структур, дальнейшее повышение коэффициента усиления невозможно. Обратная связь, формируемая гранями оптического входа и оптического выхода, подавляется за счет наносимых на их поверхности просветляющих покрытий. Обратная связь для замкнутых модовых структур подавляется за счет внесения внутренних модальных оптических потерь в область поглощения, больших, чем достигаемое модальное усиление. Естественным источником потерь для области поглощения является межзонное поглощение материала активной области. Однако для пассивного варианта области поглощения, когда есть только межзонное поглощение активной области и не используются дополнительные каналы удаления фотогенерированных носителей заряда, поток спонтанных фотонов из области усиления может снизить межзонное поглощение до состояния просветления (фиг.3, кривая 4). Это связано с тем, что, для прямозонных материалов, концентрация накопленных фотогенерированных носителей в активной области увеличивается с ростом потока поглощаемого излучения (С.О. Слипченко, А.А. Подоскин, Д.А. Винокуров, А.Л. Станкевич, А.Ю. Лешко, Н.А. Пихтин, В.В. Забродский, И.С. Тарасов. Анализ условий срыва генерации мод резонатора Фабри-Перо в полупроводниковых лазерах с полосковым контактом, ФТП, т.45, вып.10, с.1431 (2011); С. Зи, Физика полупроводниковых приборов, Москва, Мир, 1987). Оптические потери в области поглощения также могут быть сформированы за счет облучения ионами, формирующими центры безызлучательной рекомбинации в объеме полупроводника. Однако в этом случае необходимо использовать дорогостоящие технологии, что увеличивает стоимость усилителя. Предлагаемый в настоящем изобретении способ повышения внутренних оптических потерь основан на том, что третий омический контакт, сформированный к области поглощения, позволит эффективно увеличивать величину оптических потерь за счет двух механизмов. Первый механизм связан с подавлением эффекта накопления фотогенерированных носителей заряда в области поглощения за счет их экстракции при приложении обратного напряжения между по крайней мере одним третьим омическим контактом области поглощения и первым омическим контактом (фиг.3, кривая 5). Второй механизм связан с использованием квантово-размерного эффекта Штарка, в результате которого электрическое поле смещает спектр поглощения активной области в длинноволновую область (фиг.3, кривая 6). В нашем случае это поле области объемного заряда, в которое попадает активная область. А т.к. для области усиления характерен эффект смещения спектра в длинноволновую область за счет высоких концентраций носителей (С.О. Слипченко, А.А. Подоскин, Н.А. Пихтин, А.Л. Станкевич, Н.А. Рудова, А.Ю. Лешко, И.С. Тарасов. Спектры электролюминесценции и поглощения полупроводниковых лазеров с низкими оптическими потерями на основе квантово-размерных гетероструктур InGaAs/AlGaAs/GaAs, ФТП, т.45, вып.5, с.682 (2011)) до λкр_ус, то перестройкой спектра оптических потерь области поглощения с λкр_мин, длины волны, характеризующей край поглощения без учета накопленных фотогенерированных носителей и эффекта Штарка, до λкр_макс, длины волны, характеризующей край поглощения при эффекте Штарка, обеспечивает полное перекрытие спектров спонтанного излучения области усиления и спектра оптических потерь области поглощения. Принимая во внимание соотношение, связывающее максимальное значение оптических потерь в области поглощения при отсутствии фотогенерированных носителей заряда и эффекта Штарка (αмакс) (фиг.3, кривая 5) с минимальными оптическими потерями при экстракции фотогенерированых носителей заряда и эффекте Штарка, в диапазоне спектра спонтанного излучения области усиления (αмин) (фиг.3, кривая 6) в условиях полного перекрытия спектра потерь области поглощения со спектром спонтанного излучения области усиления (фиг.3, кривая 1, 3, 6)The physical principle of operation of a semiconductor optical radiation amplifier is that a direct current greater than the transparency current, flowing through the amplification region, creates an inverse concentration of electrons in the conduction band and holes in the valence band in the active region, which forms the amplification effect due to flux-induced photons interband optical transitions. The larger the current, the higher the inverse concentration, the greater the gain value can be obtained (figure 3,
αмин≥q·αмакс, при
q - коэффициент связи максимального значения оптических потерь в области поглощения при отсутствии фотогенерированных носителей заряда и эффекта Штарка с минимальными оптическими потерями в диапазоне спектра спонтанного излучения области усиления в условиях полного перекрытия спектра потерь области поглощения со спектром спонтанного излучения области усиления. То для подавления генерации замкнутых модовых структур характеристики области поглощения должны удовлетворять следующему неравенствуq is the coupling coefficient of the maximum value of optical losses in the absorption region in the absence of photogenerated charge carriers and the Stark effect with minimal optical losses in the range of the spectrum of spontaneous emission from the amplification region under conditions of the complete overlap of the loss spectrum of the absorption region with the spectrum of spontaneous emission from the amplification region. To suppress the generation of closed mode structures, the characteristics of the absorption region must satisfy the following inequality
где Gмакс - максимальное значение материального усиления в активной области, достигаемое при заданном рабочем токе через второй омический контакт (см-1), Гпогл - фактор оптического ограничения замкнутой моды в области поглощения (отн.ед.). Гус - фактор оптического ограничения замкнутой моды в области усиления (отн.ед.), коэффициент k=1.1, и учитывает возможные неоднородности и флуктуации в области усиления. Принимая, что поглощение и усиление происходит в активной области, то факторы оптического ограничения удовлетворяют выражениямwhere G max is the maximum value of the material gain in the active region, achieved at a given working current through the second ohmic contact (cm -1 ), and damp is the factor of the optical limitation of the closed mode in the absorption region (relative units). F yc - optical confinement factor of a closed fashion in the amplification region (RLU), k factor = 1.1 and takes into account possible fluctuations and inhomogeneities in the gain region. Assuming that absorption and amplification occurs in the active region, the optical limitation factors satisfy the expressions
где ГАО - поперечный фактор оптического ограничения замкнутой моды в активной области, определяемый свойствами волноводного слоя и слоев оптического ограничения (отн.ед.), Sпогл - площадь третьего омического контакта (см2), Syc - площадь второго омического контакта (см2). Тогда неравенство (2) можно переписать какwhere G AO is the transverse factor of the optical confinement of the closed mode in the active region, determined by the properties of the waveguide layer and the optical confinement layers (relative units), S diff is the area of the third ohmic contact (cm 2 ), S yc is the area of the second ohmic contact (cm 2 ). Then inequality (2) can be rewritten as
Sпогл=W·LS deg = WL
где W - ширина третьего омического контакта (см), L - длина третьего омического контакта (см). Неравенство (5) определяет геометрические размеры области поглощения, обеспечивающие подавление генерации замкнутых модовых структур при использовании способа повышения оптических потерь, основанного на экстракции фотогенерированных носителей и эффекта Штарка за счет сформированного третьего омического контакта.where W is the width of the third ohmic contact (cm), L is the length of the third ohmic contact (cm). Inequality (5) determines the geometric dimensions of the absorption region, which suppress the generation of closed mode structures when using the method of increasing optical losses based on the extraction of photogenerated carriers and the Stark effect due to the formation of the third ohmic contact.
Настоящий полупроводниковый усилитель оптического излучения работает следующим образом. К первому и второму омическим контактам прикладываются напряжения такие, что разность потенциалов соответствует прямому смещению p-n-перехода в области усиления. Значения напряжений выбираются исходя из необходимого тока накачки, который обеспечивает требуемое усиление. Для подавления генерации замкнутых мод к третьему омическому контакту прикладывается такое напряжение, что разность потенциалов между третьим и первым омическими контактами обеспечивает обратное смещение p-n-перехода в области поглощения. Величина приложенного напряжения к третьему омическому контакту должна обеспечивать полное перекрытие спектров спонтанного излучения области усиления и оптических потерь области поглощения, а также выполнение равенства (1). Включение и выключение прикладываемых напряжений ко всем омическим контактам должно происходить одновременно. После включения всех напряжений в область усиления через оптический вход вводится внешний сигнал для усиления. После выключения внешнего сигнала для усиления напряжения могут быть выключены или оставаться во включенном состоянии до следующего внешнего сигнала для усиления.A real semiconductor optical radiation amplifier operates as follows. Voltages are applied to the first and second ohmic contacts such that the potential difference corresponds to the forward bias of the pn junction in the amplification region. The voltage values are selected based on the required pump current, which provides the required gain. To suppress the generation of closed modes, a voltage is applied to the third ohmic contact such that the potential difference between the third and first ohmic contacts provides a reverse bias of the pn junction in the absorption region. The value of the applied voltage to the third ohmic contact should ensure complete overlap of the spontaneous emission spectra of the gain region and the optical loss of the absorption region, as well as equality (1). Turning on and off the applied voltages to all ohmic contacts must occur simultaneously. After all voltages are turned on, an external signal is input to the amplification region through the optical input. After turning off the external signal for amplification, the voltages can be turned off or remain on until the next external signal for amplification.
ПримерExample
Для реализации настоящего полупроводникового усилителя оптического излучения была изготовлена гетероструктура, включающая волноводный слой Al0.1Ga0.9As толщиной 2.1 мкм, заключенный между широкозонным эмиттером Al0.25Ga0.75As p-типа проводимости толщиной 1,5 мкм и широкозонным эмиттером Al0.13Ga0.87As n-типа проводимости толщиной 2,5 мкм, активную область, состоящую из двух квантово-размерных активных слоев In0.24Ga0.74As толщиной 8 нм, разделенных слоем GaAs толщиной 12 нм, расположенную на расстоянии 0.6 мкм от широкозонного эмиттера Al0.25Ga0.75As p-типа проводимости. Ширина оптического входа составила 200 мкм и соответствовала ширине луча внешнего сигнала. Ширина оптического выхода составила также 200 мкм, длина области усиления составила 5 мм. Для получения требуемого усиления к первому и второму омическим контактам прикладываем напряжения, обеспечивающие протекание прямого тока через область усиления, равного 10 А. В этом случае максимальное усиление составляет 2000 см-1. Для области поглощения максимальные оптические потери составляют αмакс=10000 см-1. Учитывая, что длинноволновая граница спектра спонтанного излучения λкр_ус=1080 нм, а длина волны края оптических потерь в области поглощения λкр_мин=1060 мн, то для выполнения условия (1) необходимо приложить напряжение к третьему омическому контакту, дающее разность потенциалов -10 В с первым омическим контактом, тогда αмин=7000 см-1, q=0.7. В соответствии с неравенством (5) площадь секции поглощения должна удовлетворять следующему выражениюTo implement a real semiconductor optical radiation amplifier, a heterostructure was fabricated, including an Al 0.1 Ga 0.9 As waveguide layer 2.1 μm thick, sandwiched between a p-type wide-gap Al 0.25 Ga 0.75 As emitter with a thickness of 1.5 μm and a wide-gap Al 0.13 Ga 0.87 As n emitter -conductivity type 2.5 μm thick, the active region consisting of two 8-nm-thick In 0.24 Ga 0.74 As quantum-well active layers separated by a 12 nm GaAs layer located at a distance of 0.6 μm from the wide-gap Al 0.25 Ga 0.75 As p emitter -type carry awns. The width of the optical input was 200 μm and corresponded to the beam width of the external signal. The width of the optical output was also 200 μm; the length of the amplification region was 5 mm. To obtain the required amplification, we apply voltages to the first and second ohmic contacts, which ensure that direct current flows through the amplification region of 10 A. In this case, the maximum gain is 2000 cm −1 . For the absorption region, the maximum optical loss is α max = 10000 cm -1 . Considering that the long-wavelength boundary of the spectrum of spontaneous emission λcr_us = 1080 nm, and the wavelength of the edge of the optical loss in the absorption region λcr_min = 1060 mn, then to fulfill condition (1), it is necessary to apply a voltage to the third ohmic contact, giving a potential difference of -10 V with the first ohmic contact, then α min = 7000 cm -1 , q = 0.7. In accordance with inequality (5), the absorption section area must satisfy the following expression
При условии, что протяженность первого омического контакта совпадает с длиной области усиления (5 мм), получаем, что ширина третьего омического контакта должна составлять 63 мкм. Далее к полупроводниковому усилителю оптического излучения с выбранными размерами области усиления и области поглощения одновременно прикладываются заявленные потенциалы, обеспечивающие протекание прямого тока в области усиления 10 А и подавляющие генерацию замкнутых мод. После чего в оптический вход вводится одномодовый оптический лазерный импульс длительностью 100 нс, амплитудой 500 мВт, длиной волны 1065 нм. На оптическом выходе получается одномодовый лазерный импульс с теми же спектральными характеристиками и мощностью 6 Вт. После завершения входного лазерного импульса рабочие напряжения выключаются.Provided that the length of the first ohmic contact coincides with the length of the amplification region (5 mm), we obtain that the width of the third ohmic contact should be 63 μm. Further, the declared potentials are simultaneously applied to the semiconductor optical radiation amplifier with the selected dimensions of the amplification region and the absorption region, which ensure the forward current flow in the 10 A amplification region and suppress the generation of closed modes. Then, a single-mode optical laser pulse with a duration of 100 ns, an amplitude of 500 mW, and a wavelength of 1065 nm is introduced into the optical input. A single-mode laser pulse with the same spectral characteristics and a power of 6 W is obtained at the optical output. After the input laser pulse is completed, the operating voltage is turned off.
Claims (2)
q·αмакс·Sпогл≥k·Gмакс·Sус
k=1.1
q≥0.5
αмакс - максимальное значение оптических потерь в области поглощения при отсутствии фотогенерированных носителей заряда и эффекта Штарка (см-1),
Gмакс - материальное усиление в активной области, достигаемое при заданном рабочем токе через второй омический контакт (см-1),
Sпогл - площадь третьего омического контакта (см2),
Syc - площадь второго омического контакта (см2),
k - коэффициент учитывает возможные неоднородности и флуктуации в области усиления (отн.ед.),
q - коэффициент связи максимального значения оптических потерь в области поглощения при отсутствии фотогенерированных носителей заряда и эффекта Штарка с минимальными оптическими потерями в диапазоне спектра спонтанного излучения области усиления в условиях полного перекрытия спектра потерь области поглощения со спектром спонтанного излучения области усиления (отн.ед.),
при этом каждый второй омический контакт электрически изолирован от каждого третьего омического контакта.1. A semiconductor optical radiation amplifier comprising a heterostructure expressed on an n-type conductivity substrate, consisting of wide-gap n-type and p-type emitters, which are both layers of optical confinement, a waveguide layer enclosed between them, the active region located in it comprising at least one quantum-dimensional active layer, faces bounding the crystal in the direction transverse to the heterostructure layers, one of which is an optical input, and false - with an optical output, antireflection coatings deposited on the surface of the optical input face and optical output face, the first ohmic contact on the outer side of the substrate and at least one second ohmic contact located on the p-type emitter side and forming the amplification region and the injection region, an absorption region located outside the gain region, wherein the gain regions and absorption regions are optically coupled through at least a portion of the waveguide layer common to the gain and absorption regions scheniya, characterized in that for the absorption region is formed at least one third ohmic contact disposed on the part of the emitter p-type conduction, the geometrical dimensions of which satisfy the relationships:
q · α max · S max. ≥k · G max · S whisker
k = 1.1
q≥0.5
α max - the maximum value of the optical loss in the absorption region in the absence of photogenerated charge carriers and the Stark effect (cm -1 ),
G max - material gain in the active region, achieved at a given working current through the second ohmic contact (cm -1 ),
S pogl - the area of the third ohmic contact (cm 2 ),
S yc is the area of the second ohmic contact (cm 2 ),
k - coefficient takes into account possible inhomogeneities and fluctuations in the amplification region (relative units),
q is the coupling coefficient of the maximum value of the optical loss in the absorption region in the absence of photogenerated charge carriers and the Stark effect with minimal optical loss in the range of the spectrum of spontaneous emission of the amplification region under conditions of the complete overlap of the loss spectrum of the absorption region with the spectrum of spontaneous emission of the amplification region (rel. ,
wherein every second ohmic contact is electrically isolated from every third ohmic contact.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013144976/28A RU2539117C1 (en) | 2013-10-09 | 2013-10-09 | Semiconductor amplifier of optical emission |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013144976/28A RU2539117C1 (en) | 2013-10-09 | 2013-10-09 | Semiconductor amplifier of optical emission |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2539117C1 true RU2539117C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53288290
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013144976/28A RU2539117C1 (en) | 2013-10-09 | 2013-10-09 | Semiconductor amplifier of optical emission |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2539117C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU220980U1 (en) * | 2022-12-13 | 2023-10-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | A device for amplifying optical pulses based on a semiconductor waveguide with a realized space charge wave |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2133534C1 (en) * | 1997-08-08 | 1999-07-20 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Injection laser |
RU2168249C1 (en) * | 2000-08-30 | 2001-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Injection laser |
RU2197048C1 (en) * | 2002-02-18 | 2003-01-20 | Швейкин Василий Иванович | Injection laser |
RU2259620C1 (en) * | 2004-07-27 | 2005-08-27 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Injection laser |
WO2007018451A1 (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | General Nano Optics Limited | Injection laser |
-
2013
- 2013-10-09 RU RU2013144976/28A patent/RU2539117C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2133534C1 (en) * | 1997-08-08 | 1999-07-20 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Injection laser |
RU2168249C1 (en) * | 2000-08-30 | 2001-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Injection laser |
RU2197048C1 (en) * | 2002-02-18 | 2003-01-20 | Швейкин Василий Иванович | Injection laser |
RU2259620C1 (en) * | 2004-07-27 | 2005-08-27 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Injection laser |
WO2007018451A1 (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | General Nano Optics Limited | Injection laser |
EP1923972A1 (en) * | 2005-08-05 | 2008-05-21 | General Nano Optics Limited | Injection laser |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU220980U1 (en) * | 2022-12-13 | 2023-10-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | A device for amplifying optical pulses based on a semiconductor waveguide with a realized space charge wave |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3848841B2 (en) | Apparatus having a surface plasmon laser structure | |
JP6559000B2 (en) | Quantum cascade laser | |
US9158057B2 (en) | Semiconductor light source free from facet reflections | |
JP2017050308A (en) | Quantum cascade laser | |
CN103078250A (en) | Asymmetric phase shift grating-based narrow linewidth DFB (Described Feedback) semiconductor laser | |
JP2014053346A (en) | Short optical pulse generator, terahertz wave generator, camera, imaging device, and measuring device | |
US9543731B2 (en) | Method and device for generating short optical pulses | |
RU2540233C1 (en) | Injection laser having multiwave modulated emission | |
CN103972791A (en) | Terahertz quantum cascading laser device of distributed Bragg reflection structure | |
Novikov et al. | On the gain properties of “thin” elastically strained InGaAs/InGaAlAs quantum wells emitting in the near-infrared spectral region near 1550 nm | |
RU2539117C1 (en) | Semiconductor amplifier of optical emission | |
Yu et al. | Flat noise figure semiconductor optical amplifiers | |
Mehuys et al. | Characteristics of multistage monolithically integrated master oscillator power amplifiers | |
Faugeron et al. | Wide optical bandwidth and high output power superluminescent diode covering C and L band | |
Davenport et al. | Heterogeneous silicon/InP semiconductor optical amplifiers with high gain and high saturation power | |
Su et al. | Emitting direction tunable slotted laser array for Lidar applications | |
Li et al. | Single-mode surface emitting terahertz quantum cascade lasers | |
RU2549553C2 (en) | Injection laser | |
RU2548034C2 (en) | Injection laser with modulated emission | |
Prziwarka et al. | Generation of optical picosecond pulses with monolithic colliding‐pulse mode‐locked lasers containing a chirped double‐quantum‐well active region | |
US20220123526A1 (en) | Semiconductor lasers with improved frequency modulation response | |
Vasil’ev et al. | High-power InP/GaInAsP buried heterostructure semiconductor laser with a modulation band of up to 10 GHz | |
Demmerle et al. | Single stack active region nonlinear quantum cascade lasers for improved THz emission | |
Degiorgio et al. | Semiconductor devices | |
Chen | Mode Locked GaAs/AlGaAs Quantum Well Lasers With External Reflectors for Tunable THz Signal Generation |