一、量子阱(QW)激光器 W!jg
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(1)QW激光器 6> DmcG:.
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随着金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)技术的逐渐成熟和完善,QW激光器很快从实验室研制进入商用化。QW器件是指采用QW材料作为有源区的光电子器件,材料生长一般是采用MOCVD外延技术。这种器件的特点就在于它的QW有源区具有准二维特性和量子尺寸效应。QW激光器与体材料激光器相比,具有阈值电流小、量子效率高、振荡频率高的特点,并可直接在较高的温度下工作。 !94q F,#1
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(2)应变QW激光器 -_[ZRf?^
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为了进一步改善QW激光器的性能,人们又在QW中引入应变和补偿应变,出现了应变QW激光器和补偿应变QW激光器。应变的引入减小了空穴的有限质量,进一步减小了价带间的跃迁,从而使QW激光器的阈值电流显著降低,量子效率和振荡频率再次提高,并且由于价带间跃迁的减小和俄歇复合的降低而进一步改善了温度特性,实现了激光器无致冷工作。在阱和垒中分别引入不同应变(张应变/压应变)实现应变补偿,不仅能改善材料质量,从而提高激光器的寿命,而且可利用压应变对应于TE模式、张应变主要对应于TM模式的特性,制作与偏振无关的半导体激光放大器。 0^('hS&
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引人瞩目的是,GaSb基锑化物材料的研究多年来倍受重视,因其波长覆盖范围宽,可从1.7m延展到4.5m,但材料生长和器件制作比较困难,1990年以前器件性能指标较低。经过近十年的努力,目前MBE生长GaSb基锑化物应变量子阱激光器已在1.9 2.6m波段先后获得室温连续大功率工作的突破。 ,::f?
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(3)我国QW激光器的进展 K6Z/
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我国从1993年年底开始利用AIX200型低压MOCVD系统进行QW器件的开发,现已开发出几十种InGaAsP系列、AlGaInAs系列材料和两种系列的应变QW材料,QW器件的开发也取得丰硕的成果,完成了多项"863"项目,已形成产品的主要有如下器件: 8.WZC1N
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(1)普通1.3 m QW激光器,国内首批实用化的QW激光器产品,1995年开始大量使用于移动通信光纤传输直放站。 r}nz )=\Cj
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(2)应变QW DFB激光器系列产品,波长覆盖1.5~1.57 m,1996年底批量生产并正式投放市场,主要作为2.5Gb/s SDH系统和WDM系统发射和信道监控光源。 8{4SaT.-Rm
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(3)大功率高线性1.3 m应变QW DFB激光器,1997年小批量使用于CATV光发射机。 SX1w5+p$C
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正在开发的器件有: c9O0YQ3&8
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(1)1.3 m、1.55 m AlGaInAs高温无致冷应变QW激光器,"863"项目。 B>r>z5
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(2)1.3 m、1.55 m补偿应变InGaAsP QW半导体激光放大器,"863"项目。 LS%;ZKJ
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(3)2.5 Gb/s用的QW DFB激光器与电吸收型调制器的单片光集成器件。 e|
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QW激光器是发展高速光纤通信系统国家急需的关键器件。由于此项关键技术的突破,大大推动了我国光纤通信技术的发展。 ?v,4seRuz
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二、分布反馈(DFB)激光器 )0XJOm
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DFB 激光谱线宽度要小于0.04nm,而且 DFB 激光波长随温度的漂移相对较小,并具有高的边模抑制比。这些特性使得 DFB 激光器非常适合密集波分复用 (DWDM) 的通信应用。 }rA
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(1)增益耦合DFB激光器 ~0V,B1a
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增益耦合DFB激光器由于它的发射模落在中心的基模上,从物理上保证了它必然是单纵模的动作,单纵模成品率很高,比常用的折射率耦合DFB制作工艺难度小,成本也比较低,同时它还具有其他的优点,如对背反射光的抑制等。最成熟的器件材料系,首推InGaAsP/InP MQW材料。 6 K-jje;)
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(2)电吸收调制DFB激光器(EML): K<E|29t^k
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直接调制DFB激光器受到驰振荡效应的限制,响应速率难以越过5 Gb/s,同时在高速率下,由于伴随着很大的正啁啾和负啁啾,使传输性能降低。直接调制的DFB激光器通常引入MZ调制器和电吸收调制器这两种调制器,从光网络体系考虑,调制器宜结构简单并能与DFB激光器实现单片集成。电吸收调制器比MZ调制器更有吸引力是因为它可以与DFB激光器单片集成使结构紧凑,并且省去了偏振控制。韩国大学无线电工程学院研制出了用于高比特速率和长拖曳光通信系统的集成10Gb/s电吸收调制的DFB激光器,实现了超过130km标准光纤的无损耗传输。 mO^)k
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(3)可调谐DFB激光器 6b-E|;"]:^
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德国科学家日前演示了一种价格便宜的在整个可见光谱区内可调的DFB薄膜有机物半导体激光器。这种DFB的发射波长范围由薄膜的厚度控制。薄膜材料为Alq:DCM。并采用聚乙烯对苯二亚甲基(PET)的可弯曲薄片作为衬底。科学家根据Alq:DCM薄膜的厚度不同(从120nm到435 nm)制作了几种DFB激光器。当薄膜厚度为120 nm时,激光器波长为604 nm;厚度为435 nm时,激光器波长为648 nm。实现了30nm的连续可调谐范围。 B&Iy_;
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(4)光纤光栅DFB激光器 m\eYm;RVj
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若把光纤布拉格光栅作为半导体激光器的外腔反射镜,就可以制出性能优异的光纤光栅DFB激光器。这种激光器不仅输出激光的线宽窄,易与光纤耦合,而且通过对光栅加以纵向拉伸力或改变LD的调制频率就能控制输出激光的频率和模式。光纤光栅DFB激光器,其线宽小于15kHz,甚至可达1kHz,边模抑制比大于30dB,当用1.2Gb/s的信号调制时,啁啾小于0.5MHz,信噪比高达60dB。 ~JX+4~qT
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三、大功率激光器 }%Vx2Q
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近年来,大功率半导体激光器阵列得到了飞速发展,已推出产品有连续输出功率5W、10W、15W、20W和30W的激光器阵列。脉冲工作的激光器,峰值输出功率50W、120W、1500W、和4800W的阵列也已经商品化。 &Xp