RU2548034C2 - Инжекционный лазер с модулированным излучением - Google Patents

Инжекционный лазер с модулированным излучением Download PDF

Info

Publication number
RU2548034C2
RU2548034C2 RU2013126359/28A RU2013126359A RU2548034C2 RU 2548034 C2 RU2548034 C2 RU 2548034C2 RU 2013126359/28 A RU2013126359/28 A RU 2013126359/28A RU 2013126359 A RU2013126359 A RU 2013126359A RU 2548034 C2 RU2548034 C2 RU 2548034C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ohmic contact
section
control section
fpm
laser
Prior art date
Application number
RU2013126359/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013126359A (ru
Inventor
Сергей Олегович Слипченко
Илья Сергеевич Тарасов
Никита Александрович Пихтин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Эйрсенс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Эйрсенс" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Эйрсенс"
Priority to RU2013126359/28A priority Critical patent/RU2548034C2/ru
Publication of RU2013126359A publication Critical patent/RU2013126359A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2548034C2 publication Critical patent/RU2548034C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к квантовой электронике. Инжекционный лазер с модулированным излучением на основе гетероструктуры содержит секцию (1), секцию (2) управления, элемент (3), обеспечивающий электрическую изоляцию первого омического контакта (4) секции (1) усиления от второго омического контакта (5) секции 2 управления, элемент (6), обеспечивающий оптическую связь секции (1) усиления и секции (2) управления, оптический резонатор для ФПМ и оптический резонатор для ЗМ. Секция (1) усиления включает активную область (11), состоящую из по меньшей мере одного квантоворазмерного активного слоя, расположенную в волноводном слое (12), заключенном между широкозонным эмиттером (13) n-типа проводимости и широкозонным эмиттером (14) p-типа проводимости, первый омический контакт (4) к широкозонному эмиттеру (14) p-типа проводимости, подложку (15), третий омический контакт (16) к подложке (15). Секция (2) управления включает активную область (17), состоящую по меньшей мере из одного квантоворазмерного активного слоя, расположенную в волноводном слое (18), заключенном между широкозонным эмиттером (19) n-типа проводимости и широкозонным эмиттером (20) p-типа проводимости, второй омический контакт (5) к широкозонному эмиттеру (20) p-типа проводимости, подложку (15), третий омический контакт (16) к подложке (15). Технический результат заключается в обеспечении возможности снижения мощности сигналов управления. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к квантовой электронной технике, а точнее к инжекционным лазерам с модулированным излучением.
Получение управляемой последовательности лазерных импульсов актуально для ряда практических применений, в частности, в системах оптической связи в свободном пространстве, лазерной локации, дальнометрии. Импульсные источники мощного лазерного излучения, основанные на твердотельных лазерах, отличаются высокой стоимостью, низкой энергоэффективностью, а также большими габаритами. Построение оптических систем на основе полупроводниковых кристаллов позволит снизить стоимость и повысить энергоэффективность за счет низкой себестоимости и высокого КПД лазерных наногетероструктур. Однако для таких излучателей нет простых решений, в том числе схемотехнических, позволяющих достичь необходимого быстродействия и сохраняющих преимущества полупроводниковых лазеров.
В известных инжекционных лазерах возможность получения управляемой последовательности лазерных импульсов обеспечивается либо прямой токовой модуляцией секции усиления, либо использованием внешних электрооптических модуляторов.
Известен инжекционный лазер (см. Sugawara, M., Hatori, N., Ishida, M., Ebe, Н., Arakawa, Y., Akiyama, Т., Otsubo, К., Yamamoto, Т. and Nakata, Y. - Recent progress in selfassembled quantum-dot optical devices for optical telecommunication:temperature-insensitive 10 Gb/s directly modulated lasers and 40 Gb/s signal-regenerative amplifier. - J. Phys. D Appl. Phys., 2005, 38, p.2126), включающий гетероструктуру, сформированную в ней секцию усиления, ограниченную гранями Фабри-Перо резонатора и протравленными мезаканавками, полосковый контакт с р-стороны.
Известный инжекционный лазер работает только в режиме генерации мод Фабри-Перо резонатора. Конфигурация мод определяется конструкциями продольных и поперечных волноводов, а также характеристиками Фабри-Перо резонатора (кривизна отражающих поверхностей, распределение усиления в объеме резонатора, коэффициенты отражения).
Обычно в подобных инжекционных лазерах управляемая последовательность лазерных импульсов обеспечивается прямой модуляцией тока накачки секции усиления. В этом случае генерация стимулированного излучения достигается за счет пропускания тока через полосковый омический контакт, размеры которого определяются шириной продольного волновода и длиной Фабри-Перо резонатора. Прямая модуляция тока накачки секции усиления обеспечивает увеличение или уменьшение количества инжектированных носителей заряда в активную область, которые в результате стимулированной рекомбинации уменьшают или увеличивают мощность, излучаемую Фабри-Перо модами (ФПМ) в соответствии с соотношением (при токе накачки выше порога) [L.A. Coldren, S.W. Corzine. - Diode lasers and photonic integrated circuits. (N.Y., John Wiley & Sons, 1995)]:
P o u t = η i * α o u t F P α i F P + α o u t F P * h ν F P q * ( I p u m p I t h ) , ( 1 )
Figure 00000001
где Pout - выходная оптическая мощность лазерного излучения, Вт; ηi - внутренняя квантовая эффективность, отн.ед.; α o u t F P
Figure 00000002
- потери на выход излучения из резонатора ФПМ, см-1; α i F P
Figure 00000003
- внутренние оптические потери ФПМ, см-1; h ν F P q
Figure 00000004
- энергия фотона ФПМ, еВ; Ipump - ток накачки, A; Ith - пороговый ток, А.
Недостатком известного инжекционного лазера при работе в импульсном режиме является необходимость накачки импульсами тока секции усиления, амплитуда которых определяет уровень выходной оптической мощности.
Известно техническое решение, обеспечивающее получение управляемой последовательности импульсов, включающее инжекционный лазер, работающий в непрерывном режиме генерации, и внешний модулятор в виде интерферометра Маха-Цендера (см. J.Е. ZUCKER, К.L. JONES, В.I. MILLER, AND U. KOREN. - IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 2, NO. I, JANUARY 1990 pp32-34). В известном техническом решении управление интенсивностью непрерывного излучения инжекционного лазера обеспечивается изменением пропускания внешнего модулятора.
Недостатком данного технического решения является необходимость использовать дополнительные оптические элементы, что усложняет технологию изготовления такого типа приборов.
Известен инжекционный лазер (см. J. Klamkin, R.K. Huang, J.J. Plant, M.K. Connors, L.J. Missaggia, W. Loh, G.M. Smith, K.G. Ray, F.J. O'Donnell, J.P. Donnelly and P.W. Juodawlkis Directly modulated narrowband slab-coupled optical waveguide laser. - ELECTRONICS LETTERS, - 1st April 2010 Vol.46 No. 7 p.522-523), включающий AIGaAs/InGaAs гетероструктуру, сформированную в ней секцию усиления, ограниченную протравленными мезаканавками и гранями Фабри-Перо резонатора, имеет длину Фабри-Перо резонатора 5 мм с нанесенными просветляющими (5%) и отражающими покрытиями (95%). С p-стороны инжекция осуществлялась через полосковый контакт шириной 5,7 мкм. Электрическое ограничение формировалось за счет протравленных мезаканавок. Управляемая последовательность импульсов в полупроводниковом лазере была получена при накачке полупроводникового лазера импульсами тока амплитудой 2,3 А, длительностью 35 нс и частотой 2 МГц. Пиковое значение выходной оптической мощности составило 2,3 Вт. Известный инжекционный лазер работает только в режиме генерации мод Фабри-Перо резонатора.
К недостаткам заявленного устройства можно отнести невысокое значение пиковой выходной оптической мощности, а также необходимость модуляции тока инжекции в области усиления, что требует увеличения амплитуды тока накачки для повышения амплитуды выходного оптического сигнала.
Известен инжекционный лазер (см. N. Michel, M. Ruiz, M. Calligaroa, Y. Robert, M. Lecomte, O. 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 AIGaAs/InGaAs/GaAs гетероструктуры, включающий секцию управления длиной 1 мм, представляющую полосковую конструкцию, ограниченную в продольном направлении протравленными мезаканавками, и секцию усиления длиной 2 мм, характеризующуюся расширяющейся в плоскости слоев гетероструктуры под углом 40° областью инжекции. Секция усиления и секция управления были электрически изолированы друг от друга. Была получена управляемая последовательность оптических импульсов амплитудой 530 мВт при генерации случайной последовательности со скоростью 1 Гбит/с. 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 секции управления, усиливался, распространяясь в секции усиления. Секции усиления и управления образовывали составной Фабри-Перо резонатор, длина которого определялась суммами длин каждой из секций. Известный инжекционный лазер работает только в режиме генерации мод Фабри-Перо резонатора.
К недостаткам заявленного устройства можно отнести невысокое значение пиковой выходной оптической мощности.
Известен самоосцилирующий лазерный диод (см. заявка KR 100818635, МПК H01S 3/0941, опубликована 02.04.2008). Известный лазерный диод включает секцию с распределенной обратной связью, секцию усиления, секцию фазовой подстройки и внешний источник тока инжекции, модулированного в радиочастотном диапазоне. Секция обратной связи выполняет роль зеркала. Секция усиления связана с секцией обратной связи и расположена в конце секции обратной связи. Секция усиления и секция обратной связи формируют Фабри-Перо резонатор. Внешний источник тока инжекции осуществляет накачку по меньшей мере части секции обратной связи и секции усиления. Внешний источник согласован с секциями накачки, что позволяет сохранить широкий диапазон перестройки частоты и генерирующий стабильные ультакороткие импульсы. Известный лазерный диод обеспечивает излучение стабильных оптических ультракоротких импульсов посредством модуляции тока инжекции в радиочастотном диапазоне. Известное изобретение позволяет получать последовательность оптических импульсов с частотой до 40 ГГц. Известный самоосцилирующий лазерный диод работает только в режиме генерации мод Фабри-Перо резонатора.
Недостатком известного лазерного диода являются низкие уровни выходной оптической мощности, которые достигаются при токах накачки, не превышающих 100мА, а также невозможность выбора заданной последовательности выходных оптических импульсов.
Наиболее близким по технической сущности и по совокупности существенных признаков является инжекционный лазер (см. патент RU 2259620, МПК H01S 5/32, опубликован 27.08.2005). Инжекционный лазер-прототип содержит гетероструктуру раздельного ограничения, включающую многомодовый волновод, ограничительные слои которого одновременно являются эмиттерами p- и n-типа проводимости с одинаковыми показателями преломления, активную область, состоящую по меньшей мере из одного квантово-размерного активного слоя, расположение которой в волноводе и толщина волновода удовлетворяют соотношению
Г o Q W / Г m Q W > 1,7
Figure 00000005
;
где ГoQW и ГmQW - факторы оптического ограничения для активной области нулевой моды и моды m (m=1, 2, 3…) соответственно. Инжекционный лазер содержит также отражатели, оптические грани, формирующие Фабри-Перо резонатор и омические контакты. Омические контакты и оптические грани формируют секцию усиления. Известный инжекционный лазер работает только в режиме генерации мод Фабри-Перо резонатора.
Известный инжекционный лазер имеет небольшую расходимость излучения при сохранении высокого значения КПД и выходной мощности излучения. Недостатком известного инжекционного лазера при работе в импульсном режиме является необходимость накачки импульсами тока секции усиления, амплитуда которых определяет уровень выходной оптической мощности, а также наличием переходных процессов при включении лазерной генерации, связанных с накоплением пороговой концентрации носителей заряда в активной области.
Задачей настоящего изобретения являлась разработка такой конструкции инжекционного лазера, которая бы обеспечивала изменение выходной оптической мощности электрическими сигналами управления существенно меньшей мощности и токовой амплитуды по сравнению с пиковым уровнем оптической мощности излучаемого лазерного импульса и амплитуды тока накачки без использования внешних электрооптических элементов, а также снижение времен включения и выключения излучаемых лазерных импульсов.
Поставленная задача решается тем, что инжекционный лазер включает выращенную на подложке гетероструктуру, волноводный слой, заключенный между широкозонными эмиттерами p- и n-типа проводимости, являющимися одновременно ограничительными слоями, активную область, состоящую по меньшей мере из одного квантово-размерного активного слоя, оптический Фабри-Перо резонатор, резонатор для замкнутой моды, по меньшей мере один первый омический контакт, расположенный со стороны эмиттера p-типа проводимости и формирующий секцию усиления с расположенной в ней областью инжекции, и по меньшей мере один второй омический контакт, расположенный со стороны эмиттера p-типа проводимости вне области распространения мод Фабри-Перо резонатора, формирующий секцию управления с расположенной в ней областью поглощения. По меньшей мере один первый омический контакт является электрически изолированным по меньшей мере от одного второго омического контакта. Третий омический контакт нанесен на внешнюю сторону подложки. Секции усиления и секции управления оптически связаны по меньшей мере через часть волноводного слоя, общего для секций усиления и управления.
Секция управления может включать активную область, состоящую по меньшей мере из одного квантово-размерного активного слоя, обеспечивающего уменьшение поглощения фотонов ЗМ при инжекции носителей заряда в активную область в случае прямо смещенного p-n-перехода секции управления.
Секция управления может включать активную область, состоящую по меньшей мере из одного квантово-размерного активного слоя, обеспечивающего увеличение поглощения фотонов ЗМ при экстракции носителей заряда из активной области в случае обратно смещенного p-n-перехода секции управления.
По меньшей мере часть области объемного заряда может быть сформирована волноводным слоем секции управления.
Электрическая изоляция первого омического контакта от второго омического контакта может быть обеспечена протравливанием мезаканавок, или имплантацией ионов (кислорода, аргона, азота, водорода и др.), или заращиванием высокоомным материалом.
Зеркала резонаторов для ФПМ и ЗМ могут быть образованы естественно сколотыми гранями кристалла инжекционного лазера, или протравленными мезаканавками, или нанесенными распределенными дифракционными отражателями.
Улучшение таких характеристик настоящего инжекционного лазера, как управление выходной оптической мощностью электрическими сигналами управления существенно меньшей мощности и токовой амплитуды относительно пикового уровня оптической мощности излучаемого лазерного импульса и амплитуды тока накачки без использования внешних электрооптических элементов, снижение времен включения и выключения излучаемых лазерных импульсов, обеспечивается за счет использования в заявляемом инжекционном лазере секции управления, электрически изолированной и оптически связанной с секцией усиления, переключающей генерацию между модами Фабри-Перо (ФПМ) резонатора и замкнутой модой (ЗМ).
Заявляемый инжекционный лазер поясняется чертежами, где
на фиг.1 показан заявляемый инжекционный лазер с секцией усиления и секцией управления;
на фиг.2 приведены схематические диаграммы для первого способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов, характеризующие зависимость от времени следующих параметров: тока секции усиления (Ipump), отн.ед. - кривая 1; тока секции управления (ΔIdr), отн.ед. - кривая 2; внутренних оптических потерь замкнутой моды (αiCM), отн.ед. - кривая 3; мощности, излучаемой инжекционным лазером (Pout), отн.ед. - кривая 4; мощности, генерируемой замкнутой модой, отн.ед. - кривая 5;
на фиг.3 приведены схематические диаграммы для второго способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов, характеризующие зависимость от времени следующих параметров: тока секции усиления (Ipump), отн.ед. - кривая 6; напряжения секции управления ( | Δ U d r | )
Figure 00000006
, отн.ед. - кривая 7; внутренних оптических потерь замкнутой моды (αiCM), отн.ед. - кривая 8; мощности, излучаемой инжекционным лазером (Pout), отн.ед. - кривая 9; мощности, генерируемой замкнутой модой, отн.ед. - кривая 10;
на фиг.4 приведены качественные зависимости материального усиления в секции усиления в режиме генерации ФПМ (кривая 11) и потерь в секции управления (кривая 12 - управляющий сигнал отсутствует (ΔIdr=0); кривая 13 - управляющий сигнал ΔIdr=ΔIdr_min; кривая 14 - управляющий сигнал | Δ I d r | > | Δ I d r _ min | )
Figure 00000007
от длины волны для первого способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов за счет переключения режимов генерации между ФПМ и ЗМ (λFP и λCM - длины волн генерации соответственно ФПМ и ЗМ, отн.ед.; g m a t F P
Figure 00000008
и g m a t C M
Figure 00000009
- материальное усиление соответственно ФПМ и ЗМ, отн.ед.; Δ α i _ F _ min C M
Figure 00000010
- величина минимального снижения внутренних оптических потерь в секции управления, обеспечивающая выполнение пороговых условий генерации ЗМ, отн.ед.);
на фиг.5 приведены качественные зависимости материального усиления в секции усиления в режиме генерации ФПМ (кривая 15) и поглощения в секции управления (кривая 16 - управляющий сигнал отсутствует (ΔUdr=0); кривая 17 - управляющий сигнал обеспечивает увеличение поглощения в секции управления за счет обеднения активной области фотогенерированными носителями заряда | Δ U d r | < | Δ U d r _ min |
Figure 00000011
; кривая 18 - управляющий сигнал | Δ U d r | = | Δ U d r _ min |
Figure 00000012
; кривая 19 - управляющий сигнал | Δ U d r | > | Δ U d r _ min |
Figure 00000013
от длины волны для второго способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов за счет переключения режимов генерации между ФПМ и ЗМ (λFP и λCM - длины волн генерации соответственно ФПМ и ЗМ, отн.ед.; g m a t F P
Figure 00000014
и g m a t C M
Figure 00000015
- материальное усиление соответственно ФПМ и ЗМ, отн.ед.; α i _ R _ min C M
Figure 00000016
- минимальное увеличение поглощения в секции управления, обеспечивающее выполнение пороговых условий генерации ФПМ, отн.ед.; α i _ d r R _ min C M
Figure 00000017
- величина поглощения в секции управления, обеспечивающая включение ФПМ, отн.ед.
Настоящий инжекционный лазер с модулированным излучением на основе гетероструктуры (см. фиг.1) содержит секцию 1 усиления (заштрихована наклонными непрерывными линиями), секцию 2 управления (заштрихована пересекающимися наклонными непрерывными линиями), элемент 3, обеспечивающий электрическую изоляцию первого омического контакта 4 секции 1 усиления от второго омического контакта 5 секции 2 управления, элемент 6, включающий по меньшей мере часть волноводного слоя, общего для секции 1 усиления и секции 2 управления (заштрихован наклонными пунктирными линиями), обеспечивающий оптическую связь секции 1 усиления и секции 2 управления, поверхности, ограничивающие инжекционный лазер в вертикальных плоскостях 7, 8, 9, 10, оптический резонатор для ФПМ, образованный по меньшей мере частью поверхности 7 с нанесенным просветляющим покрытием и частью поверхности 9, противолежащей поверхности 7, с нанесенным отражающим покрытием, оптический резонатор для ЗМ, образованный по меньшей мере частью поверхности 7 с нанесенным просветляющим покрытием, частью поверхности 9 с нанесенным отражающим покрытием, а также частью поверхностей 8 и 10. Секция 1 усиления включает активную область 11, состоящую по меньшей мере из одного квантово-размерного активного слоя, расположенную в волноводном слое 12, заключенном между широкозонным эмиттером 13 n-типа проводимости и широкозонным эмиттером 14 p-типа проводимости, первый омический контакт 4 к широкозонному эмиттеру 14 p-типа проводимости, подложку 15, третий омический контакт 16 к подложке 15. Секция 2 управления включает активную область 17, состоящую по меньшей мере из одного квантово-размерного активного слоя, расположенную в волноводном слое 18, заключенном между широкозонным эмиттером 19 n-типа проводимости и широкозонным эмиттером 20 p-типа проводимости, второй омический контакт 5 к широкозонному эмиттеру 20 p-типа проводимости, подложку 15, третий омический контакт 16 к подложке.
В основе настоящего технического решения получения управляемой последовательности лазерных импульсов лежит физический принцип переключения генерации между ФПМ и ЗМ. ФПМ характеризуются ненулевыми оптическими потерями на выход излучения из резонатора ( α o u t F P )
Figure 00000018
. Данный вид оптических потерь является полезным и определяет величину выходной оптической мощности лазерного излучения (Роut). Для ЗМ потери на выход излучения из резонатора ( α o u t C M )
Figure 00000019
близки к нулю. Таким образом, при генерации ФПМ лазер излучает полезную мощность в окружающую среду, а при генерации ЗМ лазерное излучение остается внутри кристалла.
Условия реализации описанного физического принципа переключения генерации между ФПМ и ЗМ в настоящем инжекционном лазере можно определить из анализа скоростных уравнений для многомодового режима генерации в полосковых инжекционных лазерах [L.A. Coldren, S.W. Corzine. - Diode lasers and photonic integrated circuits. (N.Y., John Wiley & Sons, 1995)]. Так, должны быть созданы условия для достижения порога генерации ФПМ и ЗМ за счет включения в настоящее техническое решение секции 1 усиления. Тогда в одномодовом режиме генерация ФПМ достигается при выполнении порогового соотношения:
Г g a i n F P * g m a t F P = α i F P + α o u t F P ; ( 2 )
Figure 00000020
где Г g a i n F P
Figure 00000021
- доля поля ФПМ, приходящаяся на активную область 11 в секции 1 усиления, отн.ед.;
g m a t F P
Figure 00000022
- материальное усиление в секции 1 усиления для фотонов ФПМ, см-1;
α i F P
Figure 00000023
- внутренние оптические потери ФПМ, см-1; а генерация ЗМ достигается при выполнении порогового соотношения
Г g a i n C M * g m a t C M = α i C M , ( 3 )
Figure 00000024
где Г g a i n C M
Figure 00000025
- доля поля ЗМ, приходящаяся на активную область 11 в секции 1 усиления, отн.ед.;
g m a t C M
Figure 00000026
- материальное усиление в секции 1 усиления для фотонов ЗМ, см-1;
α i C M
Figure 00000027
- внутренние оптические потери ЗМ, см-1.
В многомодовом режиме при выполненных (2) и (3) переключение генерации с ФПМ на ЗМ возможно, когда
τ p h C M > τ p h F P ; ( 4 )
Figure 00000028
τ p h C M = 1 ν g C M * α i C M ; ( 5 )
Figure 00000029
τ p h F P = 1 ν g F P * ( α i F P + α o u t F P ) ; ( 6 )
Figure 00000030
где ν g F P
Figure 00000031
, ν g C M
Figure 00000032
- групповые скорости ФПМ и ЗМ соответственно, м/с;
τ p h F P
Figure 00000033
,
Figure 00000034
- время жизни фотонов ФПМ и ЗМ соответственно, с.
Также справедливо обратное: переключение генерации с ЗМ на ФПМ возможно, когда
τ p h C M < τ p h F P . ( 7 )
Figure 00000035
При выполнении неравенства (4) в результате стимулированной рекомбинации в секции 1 усиления будут генерироваться только фотоны ЗМ, а выполнение неравенства (7) обеспечит генерацию в секции 1 усиления только фотонов ФПМ. Т.е. для переключения генерации между ФПМ и ЗМ также необходимо обеспечить управление пороговыми условиями генерации ЗМ через управление величиной внутренних оптических потерь ЗМ ( α i C M )
Figure 00000036
.
В настоящем техническом решении секция усиления 1 включает активную область 11, состоящую из по меньшей мере одного квантово-размерного активного слоя, обеспечивающего усиление и эффективную стимулированную рекомбинацию инжектированных электронов и дырок как на длине волны ЗМ, так и на длине волны ФПМ, расположенную в волноводном слое 12, заключенном между широкозонным эмиттером 13 n-типа проводимости и широкозонным эмиттером 14 p-типа проводимости, обеспечивающие инжекцию электронов и дырок соответственно в активную область 11, первый омический контакт к широкозонному эмиттеру 14 p-типа проводимости 4, электрически изолированный от второго омического контакта 5 секции 2 управления, обеспечивающий независимую накачку прямым током секции 1 усиления, третий омический контакт 16 к подложке 15.
Усиление стимулированной рекомбинации в секции 1 усиления на длинах волн ФПМ и ЗМ обеспечивается накопленной в активной области 11 пороговой концентрацией электронов и дырок, обеспечиваемой пороговым током (Ith). Для выполнения пороговых условий генерации (2) и (3) необходимо выполнение неравенств Г g a i n F P > 0
Figure 00000037
и Г g a i n C M > 0
Figure 00000038
. Перекрытие полей ФПМ и ЗМ с активной областью 11 в секции усиления обеспечивает слабое изменение пороговой концентрации носителей заряда в активной области 11 при переключении режимов генерации между ФПМ и ЗМ, что позволяет снизить интенсивность релаксационных колебаний. Генерируемое количество фотонов на длинах волн ФПМ или ЗМ обеспечивается превышением тока накачки секции усиления над пороговым током (Ipump-Ith).
В настоящем техническом решении переключение режимов генерации между ФПМ и ЗМ обеспечивается включением в конструкцию инжекционного лазера секции 2 управления. Физический смысл секции 2 управления заключается в возможности управляемого изменения внутренних оптических потерь для ЗМ ( α i C M )
Figure 00000039
, при этом суммарные потери для ФПМ ( α o u t F P + α i F P )
Figure 00000040
остаются без изменений. В настоящем техническом решении секция 2 управления располагается в инжекционном лазере таким образом, чтобы отсутствовало перекрытие с областью распространения ФПМ. Такая конфигурация позволяет избежать паразитного влияния вносимых внутренних оптических потерь для ЗМ на излучательную эффективность ФПМ.
В настоящем техническом решении секция 2 управления включает активную область 17, состоящую по меньшей мере из одного квантово-размерного активного слоя, обеспечивающего уменьшение поглощения фотонов ЗМ (при инжекции носителей заряда в активную область 17 в случае прямо смещенного p-n-перехода секции 2 управления) или увеличение поглощения фотонов ЗМ (при экстракции носителей заряда из активной области 17 в случае обратно смещенного p-n-перехода секции 2 управления), расположенную в волноводном слое 18, формирующем по крайней мере часть области объемного заряда и заключенном между широкозонным эмиттером 19 n-типа проводимости и широкозонным эмиттером 20 p-типа проводимости, обеспечивающими инжекцию электронов и дырок в активную область 17 при прямой полярности смещения p-n-перехода секции 2 управления или экстракцию электронов и дырок из активной области 17 при обратной полярности смещения p-n-перехода секции 2 управления, второй омический контакт 5 к широкозонному эмиттеру 20 p-типа проводимости, электрически изолированный от первого омического контакта 4 секции 1 усиления, обеспечивающий независимое протекание тока управления при прямом смещении p-n-перехода секции 2 управления и (или) распределение напряжения управления и протекание тока экстракции при обратном смещении p-n-перехода секции 2 управления, подложку 15, третий омический контакт 16 к подложке 15. Изменение внутренних оптических потерь для ЗМ ( α i C M )
Figure 00000039
при подаче управляющего сигнала на секцию 2 управления происходит за счет изменения поглощения активной области 17. Тогда внутренние оптические потери для ЗМ ( α i C M )
Figure 00000039
могут быть представлены в виде суммы оптических потерь ЗМ в условиях, когда управляющий сигнал отсутствует ( α i _ 0 C M )
Figure 00000041
, и приращения ( Δ α i C M )
Figure 00000042
, обеспечиваемого изменением коэффициента поглощения активной области 17 секции 2 управления на длине волны генерации ЗМ при подаче управляющего сигнала
α i C M = α i _ 0 C M + Δ α i C M ; ( 8 )
Figure 00000043
Переключение генерации между ФПМ и ЗМ в предлагаемом техническом решении обеспечивается одновременной реализацией принципов независимой электрической накачки секции 1 усиления и секции 2 управления, а также и оптической связи секции 1 усиления и секции 2 управления через элемент 6, включающий по меньшей мере часть волноводного слоя, общего для секции 1 усиления и секции 2 управления. Независимая электрическая накачка секции 1 усиления и секции 2 управления обеспечивается включением элемента 3 электрической изоляции и может быть реализована по меньшей мере одним из способов: протравливание мезаканавок, имплантация ионов (кислорода, аргона, азота, водорода и др.), заращивание высокоомным материалом. Элемент 3 электрической изоляции должен обеспечивать сопротивление более 1 кОм между первым омическим контактом секции 1 усиления 4 и вторым омическим контактом секции 2 управления 5. Оптическая связь секции 1 усиления и секции 2 управления должна обеспечивать выполнение неравенства Г g a i n C M > 0
Figure 00000044
посредством включения элемента 6, имеющего по меньшей мере часть волноводного слоя, общего с волноводными слоями 12 и 18.
В настоящем техническом решении эффективная генерация ФПМ и ЗМ обеспечивается сформированными оптическими резонаторами. Резонатор для ФПМ должен обеспечивать обратную связь для фотонов ФПМ, а также выполнение неравенства α o u t F P > 0
Figure 00000045
. Резонатор для ЗМ должен обеспечивать обратную связь для фотонов ЗМ, а также выполнение неравенств α o u t C M < α o u t F P
Figure 00000046
, Г g a i n C M > 0
Figure 00000047
. Зеркала резонаторов для ФПМ и ЗМ могут быть образованы по меньшей мере одним из следующих способов: естественно сколотыми гранями кристалла инжекционного лазера, протравливанием мезаканавок, заращиванием материалом с меньшим показателей преломления, нанесением распределенных дифракционных отражателей.
В настоящем техническом решении возможно два способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов за счет переключения режимов генерации между ФПМ и ЗМ. В первом способе в отсутствии управляющего сигнала на секции управления 2 при токе накачки Ipump секции 1 усиления инжекционный лазер работает в режиме генерации ФПМ. Подачей управляющего сигнала на секцию 2 управления генерация переключается на ЗМ (см. фиг.2, кривые 1-5). Для второго способа в отсутствие управляющего сигнала секции 2 управления при токе накачки Ipump секции 1 усиления инжекционный лазер работает в режиме генерации ЗМ. Подачей управляющего сигнала на секцию 2 управления генерация переключается на ФПМ (см. фиг.3, кривые 6-10).
В рамках первого способа сигнал, подаваемый на секцию 2 управления, должен обеспечивать снижение внутренних оптических потерь для ЗМ ( α i C M )
Figure 00000048
. Тогда (8) для первого способа переключения перепишется как
α i C M = α i _ 0 F C M Δ α i _ F C M . ( 9 )
Figure 00000049
До момента подачи управляющего сигнала на секцию 2 управления геометрические параметры секции 1 усиления и секции 2 управления (ширина и длина омических контактов, размеры оптических резонаторов ФПМ и ЗМ), характеристики элемента 6 оптической связи, а также составы, толщины, уровни легирования слоев 11-14 и 17-20 твердых растворов, определяющие величины Г g a i n F P
Figure 00000050
, Г g a i n C M
Figure 00000051
, α i F P
Figure 00000052
, α i C M
Figure 00000053
, α o u t F P
Figure 00000054
, g m a t F P
Figure 00000055
, g m a t C M
Figure 00000056
, а также амплитуда тока (Ipump) секции 1 усиления должны обеспечивать генерацию ФПМ. Во время работы инжекционного лазера в режиме генерации управляемой последовательности лазерных импульсов амплитуда тока (Ipump) секции 1 усиления может оставаться неизменной либо меняться в интервале
I t h < I p u m p < I p u m p _ max ; ( 10 )
Figure 00000057
где Ipump_max - максимальное значение амплитуды тока секции усиления 1, при котором сохраняется устойчивая генерация ФПМ после момента выключения управляющего сигнала секции 2 управления. Снижение внутренних оптических потерь для ЗМ ( α i C M )
Figure 00000058
обеспечивается подачей управляющего сигнала на секцию 2 управления через электрически изолированный второй омический контакт 5 в виде тока инжекции (ΔIdr) при прямом смещении p-n-перехода секции 2 управления. Инжектированные в активную область 17 секции управления носители заряда накапливаются и снижают коэффициент поглощения для фотонов ЗМ (см. фиг.4 кривые 12-14). Минимальная амплитуда управляющего сигнала (ΔIdr_min) должна снизить внутренние оптические потери секции 2 управления 2 на величину Δ α i _ F _ min C M
Figure 00000059
(см. фиг.4 кривая 13), достаточную для выполнения пороговых условий генерации ЗМ (3) при модальном усилении Г g a i n C M g m a t C M
Figure 00000060
, обеспечиваемом в секции 1 усиления в условиях генерации ФПМ (см. фиг.4 кривая 11). Т.к. в рассматриваемом техническом решении всегда Г g a i n C M g m a t C M < Г g a i n F P g m a t F P
Figure 00000061
,то выполнение условия (3) обеспечивает выполнение условия (4), а значит управляющий сигнал с амплитудой, удовлетворяющей неравенству | Δ I d r | | Δ I d r _ min |
Figure 00000062
, обеспечивает переключение генерации с ФПМ на ЗМ. Стабильное переключение достигается при условии, что τ p h C M = τ p h F P + 0.5 τ p h F P
Figure 00000063
.
Для первого способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов режим генерации ФПМ реализуется в следующих условиях:
ток секции усиления Ipump, A; I t h < I p u m p < I p u m p _ max
Figure 00000064
;
управляющий сигнал на секцию управления не подан: ΔIdr=0;
внутренние оптические потери ЗМ при ΔIdr=0, см-1: α i _ 1 C M
Figure 00000065
;
пороговое условие генерации ФПМ выполнено:
Г g a i n F P g m a t F P = α i F P + α o u t F P
Figure 00000066
;
условия генерации ФПМ:
τ p h F P τ p h C M + 0.05 τ p h C M
Figure 00000067
пороговое условие генерации ЗМ не выполнено:
Г g a i n F P g m a t C M = α i F P + α o u t F P
Figure 00000068
мощность, излучаемая инжекционным лазером, Вт:
P o u t = η i * α o u t F P α i F P + α o u t F P * h ν F P q * ( I p u m p I t h )
Figure 00000069
, Pout>0
режим генерации ЗМ реализуется в следующих условиях:
ток секции усиления Ipump, A: Ith<Ipump<Ipump_max;
управляющий сигнал на секцию управления подан, А:
| Δ I d r | | Δ I d r _ min |
Figure 00000070
;
внутренние оптические потери ЗМ при | Δ I d r | | Δ I d r _ min |
Figure 00000071
, см-1:
α i _ 2 C M α i _ 1 C M Δ α i _ F _ min C M
Figure 00000072
;
пороговое условие генерации ЗМ выполнено: Г g a i n C M g m a t C M = α i _ 2 C M
Figure 00000073
;
условие генерации ЗМ: α i _ 2 C M < α i F P + α o u t F P
Figure 00000074
, τ p h C M τ p h F P + 0.05 τ p h F P
Figure 00000075
;
мощность, излучаемая инжекционным лазером: Pout≈0
В рамках второго способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов сигнал, подаваемый на секцию 2 управления, должен обеспечивать увеличение внутренних оптических потерь для ЗМ ( α i C M )
Figure 00000076
. Тогда (8) для второго способа переключения перепишется как
α i C M = α i _ 0 R C M + Δ α i _ R C M . ( 11 )
Figure 00000077
В этом случае до момента подачи управляющего сигнала на секцию 2 управления геометрические параметры секции 1 усиления и секции 2 управления (ширина и длина омических контактов, размеры оптических резонаторов ФПМ и ЗМ), характеристики элемента 6 оптической связи, а также составы, толщины, уровни легирования слоев 11-14 и 17-20 твердых растворов, определяющие величины Г g a i n F P
Figure 00000050
, Г g a i n C M
Figure 00000051
, α i F P
Figure 00000052
, α i C M
Figure 00000053
, α o u t F P
Figure 00000054
, g m a t F P
Figure 00000055
, g m a t C M
Figure 00000078
, а также амплитуда тока (Ipump) секции 1 усиления должны обеспечивать генерацию ЗМ. Во время работы инжекционного лазера в режиме генерации управляемой последовательности лазерных импульсов амплитуда тока (Ipump) секции 1 усиления может оставаться неизменной либо меняться в диапазоне
I p u m p _ min < I p u m p < I p u m p _ max , ( 12 )
Figure 00000079
где Ipump_min - минимальное значение амплитуды тока секции 1 усиления, при котором сохраняется устойчивая генерация ЗМ, до момента включения управляющего сигнала; Ipump_min максимальное значение амплитуды тока секции 1 усиления, определяемое характеристиками безотказной работы инжекционного лазера. Увеличение внутренних оптических потерь для ЗМ ( α i C M )
Figure 00000080
обеспечивается подачей управляющего сигнала на секцию 2 управления через электрически изолированный второй омический контакт 5 в виде обратного напряжения (ΔUdr), обеспечивающего обратное смещение p-n-перехода секции 2 управления. Обратное смещение p-n-перехода секции 2 управления обеспечивает удаление из активной области 17 фотогенерированных носителей заряда за счет тока экстракции, что ведет к увеличению коэффициента поглощения фотонов ЗМ в секции управления (см. фиг.5, кривая 17). Также в результате приложенного обратного смещения увеличивается напряженность электрического поля в активной области 17 секции управления, что ведет к смещению спектра поглощения в длинноволновую область за счет квантового эффекта Штарка (см. фиг.5, кривая 18, 19). В результате увеличивается коэффициент поглощения фотонов ЗМ в секции 2 управления (фиг.5, кривые 17-19). В режиме генерации ЗМ увеличение внутренних оптических потерь ЗМ ведет к росту концентрации носителей заряда в активной области 11 секции усиления и увеличению материального усиления. Минимальное значение | Δ U d r _ min |
Figure 00000081
для переключения генерации с ЗМ на ФПМ должно увеличить коэффициент поглощения фотонов ЗМ в активной области 17 секции 2 управления на величину Δ α i _ R _ min C M
Figure 00000082
(см. фиг.5 кривая 18), обеспечивающую выполнение неравенства (7). Стабильное переключение достигается при условии, что τ p h F P = τ p h C M + 0.05 τ p h C M
Figure 00000083
. В этом случае для рассматриваемого технического решения неравенство (2) выполняется автоматически. Зависимость коэффициента поглощения ЗМ от обратного напряжения имеет максимум, в котором длине волны ЗМ соответствует положение пика экситонного поглощения, при дальнейшем увеличении обратного напряжения поглощение падает. В результате можно определить максимальное значение | Δ U d r _ min |
Figure 00000081
, при котором обеспечивается необходимое приращение Δ α i _ R _ min C M
Figure 00000082
. При большем напряжении, чем | Δ U d r _ max |
Figure 00000084
коэффициент поглощения фотонов ЗМ в активной области 17 секции управления будет меньше Δ α i _ d r R _ min C M
Figure 00000085
(см. фиг.5 кривая 19), что не обеспечит выполнение неравенства (7). Другим механизмом, ограничивающим значение | Δ U d r _ max |
Figure 00000086
, является наступление пробоя, сопровождаемое неконтролируемым увеличением обратного тока и возникновением необратимых изменений в секции управления, проявляющихся в появлении токов утечки. Необходимо, чтобы величина | Δ U d r |
Figure 00000087
была меньше пробивного напряжения. Таким образом, для второго способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов эффективное переключение генерации с ЗМ на ФПМ реализуется при использовании управляющего сигнала | Δ U d r |
Figure 00000088
из диапазона | Δ U d r _ min | | Δ U d r | < | Δ U d r _ max |
Figure 00000089
.
Для второго способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов режим генерации ЗМ реализуется в следующих условиях:
ток секции усиления, А: Ipump_min<Ipump<Ipump_max;
управляющий сигнал на секцию управления не подан: ΔUdr=0;
внутренние оптические потери ЗМ при ΔUdr/=0, см-1: α i _ 3 C M
Figure 00000090
;
пороговое условие генерации ФПМ не выполнено:
Г g a i n F P g m a t F P = α i F P + α o u t F P
Figure 00000066
;
пороговое условие генерации ЗМ выполнено:
Г g a i n F P g m a t C M = α i _ 3 C M
Figure 00000091
;
условие генерации ЗМ:
α i _ 3 C M < α i F P + α o u t F P
Figure 00000092
, τ p h C M τ p h F P + 0.05 τ p h F P
Figure 00000075
мощность, излучаемая инжекционным лазером: Pout≈0
Режим генерации ФПМ реализуется в следующих условиях:
ток секции усиления, А: Ipump_min<Ipump<Ipump_max;
обратное напряжение секции управления подано, В:
| Δ U d r _ min | < | Δ U d r | < | Δ U d r _ max |
Figure 00000093
;
внутренние оптические потери ЗМ при | Δ U d r _ min | < | Δ U d r | < | Δ U d r _ max |
Figure 00000094
,
гм-1: α i _ 4 C M α i _ 3 C M + Δ α i _ R _ min C M
Figure 00000095
;
пороговое условие генерации ФПМ выполнено:
Г g a i n F P g m a t F P = α i F P + α o u t F P
Figure 00000066
;
пороговое условие генерации ЗМ не выполнено:
Г g a i n F P g m a t C M < α i _ 4 C M
Figure 00000096
;
условие генерации ФПМ:
α i _ 4 C M < α i F P + α o u t F P
Figure 00000097
, τ p h F P τ p h C M + 0.05 τ p h C M
Figure 00000098
мощность, излучаемая инжекционным лазером, Вт:
P o u t = η i * α o u t F P α i F P + α o u t F P * h ν F P q * ( I p u m p I t h )
Figure 00000069
, Pout>0
Настоящий инжекционный лазер по первому способу работает следующим образом. К первому омическому контакту 4 секции 1 усиления подается прямое напряжение, обеспечивающее необходимое значение тока Ipump. Величина тока Ipump в соответствии с (1) определяет значение выходной оптической мощности Pout. Для формирования управляемой последовательности импульсов необходимо на секцию 2 управления подавать управляющий сигнал в виде тока инжекции ΔIdr, обеспечивающий переключение лазерной генерации с ФПМ на ЗМ. Длительность поданного управляющего сигнала определяет время, когда Рout≈0. Схематическая диаграмма, характеризующая получение управляемой последовательности лазерных импульсов, показана на фиг.2.
Настоящий инжекционный лазер по второму способу работает следующим образом. К первому омическому контакту 4 секции 1 усиления подается прямое напряжение, обеспечивающее необходимое значение тока Ipump. Для формирования управляемой последовательности импульсов необходимо на секцию 2 управления подавать управляющий сигнал в виде обратного напряжения | Δ U d r |
Figure 00000099
, обеспечивающий переключение лазерной генерации с ЗМ на ФПМ. Длительность поданного управляющего сигнала определяет время, когда выходная оптическая мощность Рout>0 и ее значение определяется величиной Ipump из соотношения (1). Схематическая диаграмма, характеризующая получение управляемой последовательности лазерных импульсов, показана на фиг.3.
Пример 1
Известно, что непрерывная выходная оптическая мощность на уровне 10 Вт достигается в инжекционных лазерах на основе асимметричных гетероструктур при ширине области усиления 100 мкм. Для реализации настоящего инжекционного лазера для первого способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов за счет переключения режимов генерации между ФПМ и ЗМ была изготовлена гетероструктура, включающая волноводный слой GaAs толщиной 1,7 мкм, заключенный между широкозонным эмиттером Al0.3Ga0.7As p-типа проводимости толщиной 1,5 мкм и широкозонным эмиттером Al0.3Ga0.7As n-типа проводимости толщиной 1,5 мкм, активную область, состоящую из одного квантово-размерного активного слоя In0.24Ga0.74As толщиной 8 нм, смещенную относительно центра волноводного слоя на 0,2 мкм. С целью получения значения пиковой выходной оптической мощности (Рout) не менее 10 Вт выбрали ширину секции 1 усиления равной 100 мкм. Длину настоящего инжекционного лазера выбрали 2 мм из условия наибольшего значения дифференциальной эффективности для ФПМ. Значение пиковой выходной оптической мощности 10 Вт достигалось при накачке секции 1 усиления 1 током 12,5 А. Длина секции управления 2 определялась длиной секции усиления 1. Ширина секции 2 управления выбиралась минимальной для условия сохранения порогового значения дифференциальной эффективности ФПМ при пиковой выходной оптической мощности 10 Вт и составила 150 мкм. Элемент 3, обеспечивающий электрическую изоляцию первого омического контакта 4 от второго омического контакта 5, был сформирован протравленной в p-эмиттере до границы с волноводным слоем мезаканавкой, что давало сопротивление между омическим контактом 4 и 5 более 1кОм. Элемент 6, обеспечивающий оптическую связь секции усиления 1 и секции управления 2, был сформирован общим волноводным слоем. Резонаторы для ФПМ и ЗМ обеспечивались естественно сколотыми гранями 7, 8, 9, 10. Амплитуда тока секции 2 управления (ΔIdr) выбиралась минимальной для обеспечения пороговых условий генерации ЗМ и составила 300 мА.
Далее к первому омическому контакту 4 секции 1 усиления подавалось прямое напряжение, обеспечивающее ток 11,5 А и выходную оптическую мощность 10 Вт. Для формирования управляемой последовательности импульсов ко второму омическому контакту 5 секции 2 управления подавался управляющий сигнал в виде тока инжекции амплитудой 300 мА. Длительность поданного управляющего сигнала определяет время, когда Рout≈0. Схематическая диаграмма, характеризующая получение управляемой последовательности лазерных импульсов, показана на фиг.2.
Пример 2
Из работы [А. Pikhtin, S.O. Slipchenko, Z.N. Sokolova, A.L. Stankevich, D.A. Vinokurov, I.S. Tarasov and Zh.I. Alferov “16 W continuous-wave output power from 100-µm-aperture laser with quantum well asymmetric heterostructure”, Electronics Letters vol. 40, no. 22, 28th October, 2004, p.1413-1414] известно, что непрерывная выходная оптическая мощность на уровне 10 Вт достигается в инжекционных лазерах на основе асимметричных гетероструктур при ширине области усиления 100 мкм. Для реализации настоящего инжекционного лазера для второго способа получения управляемой последовательности лазерных импульсов за счет переключения режимов генерации между ФПМ и ЗМ была изготовлена гетероструктура, включающая волноводный слой GaAs толщиной 1,7 мкм, заключенный между широкозонным эмиттером Al0.3Ga0.7As p-типа проводимости толщиной 1,5 мкм и широкозонным эмиттером Al0.3Ga0.7As n-типа проводимости толщиной 1,5 мкм, активную область, состоящую из одного квантово-размерного активного слоя In0.24Ga0.74As толщиной 8 нм, смещенную относительно центра волноводного слоя на 0.2 мкм. С целью получения значения пиковой выходной оптической мощности (Pout) не менее 10 Вт выбрали ширину секции 1 усиления равной 100 мкм. Длину инжекционного лазера выбрали 2 мм из условия наибольшего значения дифференциальной эффективности для ФПМ. Исследования обычных инжекционных лазеров показали, что значение пиковой выходной оптической мощности 10 Вт достигается при накачке секции 1 усиления током амплитудой 12,5 А. Длина секции 2 управления определялась длиной секции 1 усиления. Ширина секции 2 управления выбиралась максимальной для сохранения генерации ЗМ при токе накачки 11,5 А и составила 100 мкм. Элемент 3, обеспечивающий электрическую изоляцию первого омического контакта 4 от второго омического контакта 5, был сформирован протравленной в p-эмиттере до границы с волноводным слоем мезаканавкой, что давало сопротивление между омическим контактом 4 и 5 более 1кОм. Элемент 6, обеспечивающий оптическую связь секции усиления 1 и секции управления 2, был сформирован общим волноводным слоем. Резонаторы для ФПМ и ЗМ обеспечивались естественно сколотыми гранями 7, 8, 9, 10. Амплитуда обратного напряжения секции 2 управления ( | Δ U d r | )
Figure 00000100
выбиралась минимальной для обеспечения пороговых условий генерации ЗМ и составила 50 В. Далее к первому омическому контакту 4 секции 1 усиления подавалось прямое напряжение, обеспечивающее ток 11,5 А и выходную оптическую мощность 10 Вт. Для формирования управляемой последовательности импульсов ко второму омическому контакту 5 секции 2 управления подавался управляющий сигнал в виде обратного напряжения амплитудой 50 В. Длительность поданного управляющего сигнала определяет время, когда Pout=10 Вт. Схематическая диаграмма, характеризующая получение управляемой последовательности лазерных импульсов, показана на фиг.3.

Claims (10)

1. Инжекционный лазер, включающий выращенную на подложке гетероструктуру, содержащую волноводный слой, заключенный между широкозонными эмиттерами p- и n-типа проводимости, являющимися одновременно ограничительными слоями, активную область, состоящую по меньшей мере из одного квантово-размерного активного слоя, оптический Фабри-Перо резонатор, резонатор для замкнутой моды (ЗМ), по меньшей мере один первый омический контакт, расположенный со стороны эмиттера p-типа проводимости и формирующий секцию усиления с расположенной в ней областью инжекции, и по меньшей мере один второй омический контакт, расположенный со стороны эмиттера p-типа проводимости вне области распространения мод Фабри-Перо (ФПМ) резонатора и формирующий секцию управления с расположенной в ней областью поглощения, и третий омический контакт на внешней стороне подложки, при этом по меньшей мере один первый омический контакт электрически изолирован по меньшей мере от одного второго омического контакта, а секции усиления и секции управления оптически связаны по меньшей мере через часть волноводного слоя, общего для секций усиления и управления.
2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что секция управления включает активную область, состоящую по меньшей мере из одного квантово-размерного активного слоя, обеспечивающего уменьшение поглощения фотонов ЗМ при инжекции носителей заряда в активную область в случае прямо смещенного p-n-перехода секции управления.
3. Лазер по п.1, отличающийся тем, что секция управления включает активную область, состоящую по меньшей мере из одного квантово-размерного активного слоя, обеспечивающего увеличение поглощения фотонов ЗМ при экстракции носителей заряда из активной области в случае обратно смещенного p-n-перехода секции управления.
4. Лазер по п.1, отличающийся тем, что волноводный слой секции управления формирует по крайней мере часть области объемного заряда
5. Лазер по п.1, отличающийся тем, что электрическая изоляция первого омического контакта от второго омического контакта образована протравленными мезаканавками.
6. Лазер по п.1, отличающийся тем, что электрическая изоляция первого омического контакта от второго омического контакта образована имплантированными ионами кислорода или аргона, или азота, или водорода.
7. Лазер по п.1, отличающийся тем, что электрическая изоляция первого омического контакта от второго омического контакта образована зарощенным высокоомным материалом.
8. Лазер по п.1, отличающийся тем, что зеркала резонаторов для ФПМ и ЗМ могут быть образованы естественно сколотыми гранями кристалла инжекционного лазера.
9. Лазер по п.1, отличающийся тем, что зеркала резонаторов для ФПМ и ЗМ могут быть образованы протравленными мезаканавками.
10. Лазер по п.1, отличающийся тем, что зеркала резонаторов для ФПМ и ЗМ могут быть образованы нанесенными распределенными дифракционными отражателями.
RU2013126359/28A 2013-05-31 2013-05-31 Инжекционный лазер с модулированным излучением RU2548034C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013126359/28A RU2548034C2 (ru) 2013-05-31 2013-05-31 Инжекционный лазер с модулированным излучением

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013126359/28A RU2548034C2 (ru) 2013-05-31 2013-05-31 Инжекционный лазер с модулированным излучением

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013126359A RU2013126359A (ru) 2014-12-10
RU2548034C2 true RU2548034C2 (ru) 2015-04-10

Family

ID=53296758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013126359/28A RU2548034C2 (ru) 2013-05-31 2013-05-31 Инжекционный лазер с модулированным излучением

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2548034C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU183644U1 (ru) * 2018-03-01 2018-09-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Инжекционный лазер с переключаемым спектром генерации

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990003591A1 (en) * 1988-09-20 1990-04-05 University Of Delaware Dual mode light emitting diode/detector diode for optical fiber transmission lines
RU2259620C1 (ru) * 2004-07-27 2005-08-27 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Инжекционный лазер
US20070228385A1 (en) * 2006-04-03 2007-10-04 General Electric Company Edge-emitting light emitting diodes and methods of making the same
RU2396655C1 (ru) * 2009-05-06 2010-08-10 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Туннельно-связанная полупроводниковая гетероструктура
RU2443044C1 (ru) * 2010-11-02 2012-02-20 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Инжекционный лазер

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990003591A1 (en) * 1988-09-20 1990-04-05 University Of Delaware Dual mode light emitting diode/detector diode for optical fiber transmission lines
RU2259620C1 (ru) * 2004-07-27 2005-08-27 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Инжекционный лазер
US20070228385A1 (en) * 2006-04-03 2007-10-04 General Electric Company Edge-emitting light emitting diodes and methods of making the same
RU2396655C1 (ru) * 2009-05-06 2010-08-10 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Туннельно-связанная полупроводниковая гетероструктура
RU2443044C1 (ru) * 2010-11-02 2012-02-20 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Инжекционный лазер

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU183644U1 (ru) * 2018-03-01 2018-09-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Инжекционный лазер с переключаемым спектром генерации

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013126359A (ru) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Juodawlkis et al. High-power, low-noise 1.5-μm slab-coupled optical waveguide (SCOW) emitters: physics, devices, and applications
FI113719B (fi) Modulaattori
US5272711A (en) High-power semiconductor laser diode
US6714574B2 (en) Monolithically integrated optically-pumped edge-emitting semiconductor laser
US20160248225A1 (en) Chip-scale power scalable ultraviolet optical source
Lang et al. Advances in narrow linewidth diode lasers
CA2395309A1 (en) Semiconductor laser element having a diverging region
Oomura et al. Low threshold InGaAsP/InP buried crescent laser with double current confinement structure
CN101867148A (zh) 带有光子晶体反射面和垂直出射面的fp腔激光器
CN103078250A (zh) 基于非对称相移光栅的窄线宽dfb半导体激光器
Kaminow et al. Lateral confinement InGaAsP superluminescent diode at 1.3 µm
RU2540233C1 (ru) Инжекционный лазер с многоволновым модулированным излучением
RU2548034C2 (ru) Инжекционный лазер с модулированным излучением
JPS6140159B2 (ru)
CN112421357B (zh) 一种用于高功率光纤激光器的调频式半导体种子源
Faugeron et al. Wide optical bandwidth and high output power superluminescent diode covering C and L band
US5321253A (en) Method of and means for controlling the electromagnetic output power of electro-optic semiconductor devices
Tsukada et al. Q-switching of semiconductor lasers
US4380075A (en) Mode stable injection laser diode
JP2013168513A (ja) 半導体レーザおよび光半導体装置
Kallenbach et al. High-power high-brightness ridge-waveguide tapered diode lasers at 14xx nm
Russer et al. Direct modulation of semiconductor injection lasers
RU2361343C2 (ru) Импульсный инжекционный лазер
Guermache et al. Experimental demonstration of spatial hole burning reduction leading to 1480-nm pump lasers output power improvement
RU2444101C1 (ru) Инжекционный лазер

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160601