Генерационные характеристики лазеров с вертикальным резонатором на основе гетероструктур InGaAs-AlGaAs
Диссертация
В течение последних десяти лет ЛВР все шире используются в телекоммуникационных системах, в частности в локальных ВОЛС. Однако, и в настоящее время актуальной остается задача исследования физических процессов работы ЛВР, детального исследования их характеристик и улучшения их приборных параметров, исходя из требований конкретных новых применений. В частности весьма актуальной является разработка… Читать ещё >
Содержание
- Содержание З
- Глава 1. Лазеры с вертикальным резонатором
- 1. 1. Принцип работы и структура мод J1BP
- 1. 2. Лазеры с низким порогом
- 1. 3. Миниатюрный атомный стандарт частоты на основе ЛВР
- Глава 2. Методы расчета характеристик микрорезонаторов
- 2. 1. Модель характеристических матриц
- 2. 2. Модель собственных мод
- Глава 3. Экспериментальное оборудование и методики
- 3. 1. Методики измерения характеристик ЛВР и тестовых образцов
- 3. 2. Изготовление ЛВР
- Глава 4. Исследование характеристик ЛВР с длиной волны генерации 850 нм на основе GaAs квантовых ям
- 4. 1. Дизайн структуры и расчет характеристик лазера с вертикальным резонатором на основе GaAs квантовых ям
- 4. 2. Исследование генерационных характеристик ЛВР на основе
- GaAs квантовых ям
- 4. 3. Модель тонкой структуры линий излучения основной моды ЛВР
- Глава 5. Разработка и исследование характеристик ЛВР основе InGaAs квантовых ям
- 5. 1. Разработка ЛВР с малыми оптическими потерями
- 5. 2. Исследование спектральных и генерационных характеристик лазеров с вертикальным резонатором на основе InGaAs квантовой ямы
- Глава 6. Исследование характеристик ЛВР с длинной волны генерации 795 нм на основе АЮаАэ квантовых ям
- 6. 1. Миниатюрный атомный стандарт частоты на основе ЛВР
- 6. 2. Оптимизация режимов роста ЛВР с целью получения резонансной длины волны микрорезонатора с точностью ±1 нм
- 6. 3. Исследование спектральных и генерационных характеристик лазеров с вертикальным резонатором
- 6. 4. Анализ температурных зависимостей длины волны лазерного излучения в диапазоне температур 20 -г- 80 ° С
Список литературы
- CI. Coldren L.A. Diode lasers and photonic integrated circuits / L.A. Coldren, and S.W. Corzine // New York, Wiley, 1995. 594 p.
- C2. J. Cheng Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: Technology and Applications / Cheng J. and Dutta N.K. // Amsterdam, Gordon and Breach Science Publishers, 2000. -323 p.
- C3. Т.Е. Sale Vertical Cavity Surface Emitting Lasers / Sale Т.Е.// New York, Wiley, 1995. 312 p.
- C4. C.W. Wilsmen Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: Design, Fabrication, Characterization and Application / Wilsmen C.W., Temkin H. and Coldren L.// Cambridge University Press, 1999. 474 p.
- C5. H.E. Li Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers Devices / Li H.E. and Iga K. // Berlin Heidelberg, Springer- Verlag, 2002. 386 p.
- Сб. H. Soda GalnAsP/InP surface emitting injection lasers / Soda H., Iga K., Kitahara C., Suematsu Y. // Jpn. Appl. Phys. 1979. — Vol.18. — P. 2329 — 2330.
- C7. G.M. Yang Ultralow threshold current vertical-cavity surface-emitting lasers obtained with selective oxidation / Yang G.M., MacDougal M.H. and Dapkus P.D.// Electronics Letters. 1995. — Vol.3l.N.l 1. — P. 886 — 888.
- C8. S. A. Blokhin Oxide-confined 850 nm VCSELs operating at bit rates up to 40 Gbit/s / Blokhin S. A., Lott J. A., Mutig A., Fiol G., Ledentsov N. N., Maximiv M. V.,
- Nadtochiy A. M., Shchukin V. A., Bimberg D. // Electronics Letters. 2009. -Vol.45.N.10.-P. 501 -503. C9. K. Iga Surface—emitting laser-its birth and generation of new optoelectronics field / Iga
- K.// IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 2000, — V0I.6.N.6. — P. 1201−1215. C10. K. Iga Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: Its Conception and Evolution / Iga
- J. D. Wynn, G. J. Zydzik, R. E. Leibenguth, M. T. Asom, K. Kojima, and R. A. Morgan // Applied Physics Letters.-1993-Vol.62.N. 13.-P. 1448−1450.
- CI8. Y. Satuby Small signal modulation of multitransverse modes vertical cavity surface emitting lasers/ Y. Satuby, M. Orenstein// IEEE Photonics Technology Letters.-1998-Vol.l0.N6.-P.757−759.
- CI9. K. H. Hahn Large area multitransverse mode VCSEL’s for modal noise reduction in multimode fiber systems/ K. H. Hahn, M. R. Tan, Y. M. Houng, S. Y. Wang// IEEE Electronics Letters.-1993-Vol.29.N.16.-P. 1482−1483.
- C21. G. C. Wilson Spatial hole burning and self-focusing in vertical cavity surface emitting laser diodes/ G. C. Wilson, D. M. Kuchta, J. D. Walker, and J. S. Smith// Applied Physics Letters.-1994-Vol.64 .N.5.-P.542−544.
- C22. A. Valle Spatial hole burning effects on the dynamics of vertical cavity surface emitting laser diodes/ A. Valle, J. Sarma, and K. A. Shore// IEEE Journal of Quantum Electronics.-1995-Vol.31.N.8.-P. 1423−1431.
- C23. J. Y. Law Effects of spatial hole burning on gain switching in vertical cavity surface emitting lasers/ J. Y. Law, G. P. Agrawal,// IEEE Journal of Quantum Electronics.-1997-Vol.33.N.3.-P.46268.
- C24. M. Ogura Transverse mode characteristics of a DBR surface emitting laser with buried heterostructure/ M. Ogura, S. Fuiji, T. Okada, M. Mori, K. Mori, T. Asaka, and H. Iwano// Japanese Journal of Applied Physics.-1991-Vol.30.N.-P.3879−3882.
- C25. R. A. Morgan Transverse mode control of vertical cavity top surface emitting lasers/ R. A. Morgan, G. D. Guth, M. W. Focht, M. T. Asom, K. Kojima, L. E. Rogers, and S. E. Callis// IEEE Photonics Technology Letters.-1993-Vol.4.N4.P.374−377.
- C26. M. A. Hadley High single transverse mode output from external cavity surface emitting laser diodes/ M. A. Hadley, G. C. Wilson, K. Y. Lau, and J. S. Smith// Applied Physics Letters.-l 993-Vol.63 .N. 12.-P. 1607−1609.
- C27. K. D. Choquette Polarization modulation of cruciform vertical cavity laser diodes/ K. D. Choquette, K. L. Lear, R. E. Leibenguth, and M. T. Asom// Applied Physics Letters.-1994-Vol.64.N.21.-P.2767−2769.
- C28. Y. A. Wu Transverse mode selection with a passive antiguide region in vertical cavity surface emitting lasers/ Y. A. Wu, C. J. Chang Hasnain, and R. Nabiev// IEEE Photonics Technology Letters.-1994-Vol.6.N8.-P.924−926.
- C29. B. S. Yoo Stable transverse mode emission in vertical cavity surface emitting lasers antiguided by amorphous GaAs layer/ B. S. Yoo, H. Y. Chu, M. S. Park, H. H. Park, and E. H. Lee// IEEE Electronics Letters.-1996-Vol.32.N.2.-P.l 16−117.
- C30. K. D. Choquette Leaky mode vertical cavity lasers using cavity resonance modification / K. D. Choquette, G. R. Hadley, H. Q. Hou, K. M. Geib, and B. E. Hammons// IEEE Electronics Letters.-1998-Vol.34.N. 10.-P.991 -993.
- C31. J. Dellunde Transverse mode selection in external-cavity vertical cavity surface emitting laser diodes/ J. Dellunde, A. Valle, and K. A. Shore// Journal of the Optical Society of America B.-1996-Vol.l3.N.ll.-P.2477−2483.
- C32. J. Y. Law Effects of optical feedback on static and dynamic characteristics of vertical cavity surface emitting lasers/ J. Y. Law, G. P. Agrawal// IEEE J. Select. Topics Quantum Electron.-1997-Vol.3.N.2.-P.353−358.
- C33. Y. G. Zhao Transverse mode control of vertical cavity surface emitting lasers/ Y. G. Zhao, J. G. Mclnerney,// IEEE Journal of Quantum Electronics.-1996-Vol.32.N. 11,-P.1950−1958.
- C34. C.J. Chang-Hasnain Transverse mode characteristics of vertical-cavity surface-emitting lasers/ C.J. Chang-Hasnain, M. Orestein, A. Von Lehmen, L.T. Florez, J.P. Harbison, N.G. Stoffel // Applied Physics Letters-1990-Vol.57.N.3.-P.218−220.
- C36. K.D. Choquette Control of vertical-cavity laser polarization with anisotropic transverse cavity geometries/ K.D. Choquette, R.E. Leibenguth// IEEE Photonics Technology Letters.-1994-Vol.6.N.l.-P.40−42.
- C37. K.D. Choquette Temperature dependence of gain-guided vertical-cavity surface emitting laser polarization/ K.D. Choquette, D.A. Richie, R.E. Leibenguth// Applied Physics Letters.-1994-Vol.64.N. 16.-P.2062−2064.
- C38. M. Travagnin Polarization behaviour of surface-emitting semiconductor lasers in an axial magnetic field/ M. Travagnin, M.P. van Exter, A.K. Jansen van Doom, J.P. Woerdman// Optics Communications.-1997-Vol.l33.N.l-6.-P.252−258.
- C39. J.H. Ser Polarization stabilization of vertical-cavity surface emitting lasers by inscription of fine metal-interlaced gratings/ J.H. Ser, Y.G. Ju, J.H. Shin, Y.H. Lee// Applied Physics Letters.-l 995-Vol.66.N21 .-P.2769−2801.
- C40. U. Fiedler Top surface-emitting vertical-cavity laser diodes for 10-Gb/s data transmission/ U. Fiedler, G. Reiner, P. Schnitzer K. Ebeling// IEEE Photonics Technology Letters.-1996-Vol.8.N.6.-P.746−748.
- C41. F. De Martini Anomalous spontaneous-stimulated-decay phase transition and zero-threshold laser action in a microscopic cavity/ F. De Martini, G. R. Jacobovitz//, Physical Review Letters.-l 988-Vol.60.N. 17.-P. 1711 -1714.
- C43. D. L. Huffaker Lasing characteristics of low threshold microcavity lasers using half-wave spacer layers and lateral index confinement/ D. L. Huffaker, J. Shin, and D. G. Deppe // Applied Physics Letters.-1995-Vol.66.N.14.-P.1723−1725.
- C44. D. L. Huffaker Ring and stripe oxide-confined vertical-cavity surface-emitting lasers/ D. L. Huffaker, H. Deng, Q. Deng, and D. G. Deppe// Applied Physics Letters.-1996-Vol.69.N.23.-P.3477−3479.
- C45. Z. Feit Low threshold PbEuSeTe/PbTe separate confinement buried heterostructure diode lasers/ Z. Feit, M. McDonald, R. J. Woods, V. Archambault, P. Mak// Applied Physics Letters.-l996-Vol.68.N.6.-P.738−740.
- C46. K. An Microlaser: A laser with One Atom in an Optical Resonator/ K. An, J. J. Childs, R. R. Dasari, M. S. Feld// Physical Review Letters.-1994-Vol.73.N25.-P.3375−3378.
- C47. V. Sandoghdar Very low threshold whispering-gallery-mode microsphere laser/ V. Sandoghdar, F. Treussart, J. Hare, V. Lefe’vre-Seguin, J.-M. Raimond S. Haroche// Physical Review Letters.-1996-Vol.54.N3.-P. 1777−1780.
- C48. G. P. Agrawal Intensity and phase noise in microcavity surface? emitting semiconductor lasers/ G. P. Agrawal, G. Gray// Applied Physics Letters.-1991-Vol.59.N.4.-P.399−401.
- C49. G. Bjo’rk On the linewidth of microcavity lasers/ G. Bjo’rk, A. Karlsson, and Y. Yamamoto// Applied Physics Letters.-1992-Vol.60.N.3.-P.304−306.
- C50. T. Baba Spontaneous emission factor of a microcavity DBR surface-emitting laser/ T. Baba, T. Hamano, F. Koyama, K. Iga// IEEE Journal of Quantum Electronics.-1991-Vol.27 .N.6.-P.1347−1358.
- C51. G. Bjork Modification of spontaneous emission rate in planar dielectric microcavity structures/ G. Bjork, S. Machida, Y. Yamamoto, and K. Igeta// Physical Review A.-1991-Vol. 44.N.1.-P.669−681.
- C52. F. De Martini Anomalous Spontaneous Emission Time in a Microscopic Optical Cavity/ F. De Martini, G. Innocenti, G. R. Jacobovitz, and P. Mataloni//, Physical Review Letters.-1987-Vol.59.N.26.-P.2955−2958.
- C53. G.M. Yang Ultralow threshold current vertical-cavity surface-emitting lasers obtained with selective oxidation/ G.M. Yang, M.H. MacDougal and P.D. Dapkus//, IEEE Electronics Letters.-l995-Vol31 .N. 11 .-P.886−888.
- C54. Z. Zou Ultralow-threshold cryogenic vertical-cavity surface-emitting laser/ Z. Zou, D. L. Huffaker and D. G. Deppe// IEEE Photonics Technology Letters.-2000-Vol.l2.N.l.-P.l-3.
- C55. C. H. Townes Atomic Clocks and Frequency Stabilization on Microwave Spectral Lines/ C. H. Townes// Journal of Applied Physics.-1951-Vol.22.N.ll.-P.1365−1372.
- C56. S. Knappe A microfabricated atomic clock/ S. Knappe, V. Shah, P.D. D. Schwindt, L. Hollberg, J. Kitching, L. Liew, J. Moreland// Applied Physics Letters.-2004-Vol.85.N.9.-P. 1460−1460.
- C57. P. R. Wallis Field Assisted Glass-Metal Sealing/ P. R. Wallis, D. I. Pomeranz// Journal of Applied Physics.-1969-Vol.40.N10.-P.3946−3949.
- C58. J. Kitching A microwave frequency reference based on VCSEL-driven dark line resonances in Cs vapor/ J. Kitching, S. Knappe, N. Vukicevic, L. Hollberg, R.
- C67. Z. Zou Ground state lasing from a quantum-dot oxide-confined vertical-cavity surface-emitting laser/ Z. Zou, D.L. Huffaker, S. Csutak, D.G. Deppe// Applied Physics Letters.-1999-Vol.75.N.22.-P.22−24.
- C68. S. Adachi Physical properties of III-V semiconductor compounds/ S. Adachi// New York, Wiley, 1992.-318p.
- C69. P. Yeh Optical Waves in Layered Media/ P. Yeh// New York, Wiley, 1991 ,-406p.
- C70. E. Goobar Highly-efficient vertical-cavity surface-emitting lasers optimized for low-temperature operation/ E. Goobar, M.G. Peters, G. Fish, and L.A. Coldren// IEEE Photonics Technology Letters.-1995-Vol.7.N.8.-P.851−853.
- C71. K. Iga Surface-emitting laser-its birth and generation of new optoelectronics field/ K. Iga// IEEE J. Select. Topics Quantum Electron.-2000-Vol.6.N.6.-P.1201−1215.
- C72. H.E. Li Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Devices/ H.E. Li, K. Iga// New York, Springer, 2003.- 366p.
- Структура ЛВР на основе СаАв квантовых ям, послойное описание полной ЛВР структуры с
- ОаАэ квантовыми ямами с длиной волны генерации 850 нм.
- Состав: А^Са^Аэ Толщина слоя, нм Легирование, cm j Комментарии
- Общее число слоев 1138 (без учета буферного слоя)
- Структура ЛВР на основе ТпОаАэ квантовых ям, послойное описание полной ЛВР структуры с 1пОаАз квантовой ямой.
- Состав: А^Оа^АБ ¦пува^уав Толщина слоя, нм Легирование, сыТ1 Комментарии
- Общее число слоев 82 (без учета буферного слоя)
- Поверхность структуры Суммарная толщина структуры 5165нм (без учета толщины буферного слоя)1. Конец верхнего РБО 1. Х=0 42 нет
- Конец периода 5 периодов1. Х=0 56 нет1. Х=0.2 10 нет1. Х=0.94 136 нет1. Х=0.2 10 нет
- Начало периода 5 периодов1. Начало верхнего РБО 1. Конец активной области 1. Х=0 47 нет1. Х=0 48 Ве: 1е191. Х=0 193 Ве: 1е18
- Х=0.9 40 Ве: 2е18 Апертурный слой
- Х=1.0 10 Ве: 2е18 Апертурный слой
- Х=0.9 10 Ве: 2е18 Апертурный слой1. Х=0 38 нет1. У=0.2 8 нет Квантовая яма1. Х=0 60 нет1. Х=1.0 2.26 Si: 2е181. Х=0 62 Si: 1е171. Начало активной области 1. Конец верхнего РБО
- Конец периода 25 периодов1. Х=1.0 79 Si: 2e181. Х=0 65 Si: 2e18
- Начало периода 25 периодов1. Начало нижнего РБО 1. Х=0 (буфер) -500 Si: 2e18ваАв (001) (подложка) п-тип
- Структура ЛВР на основе АЮаАэ квантовых ям, послойное описание полной ЛВР структурыс длиной волны генерации 795 нм для миниатюрных атомных стандартов частоты.
- Состав: А1хСа1."А8 Толщина слоя, нм Легирование, см"1 Комментарии
- Общее число слоев 1156 (без учета буферного слоя)
- Поверхность структуры Суммарная толщина структуры 7985нм (без учета толщины буферного слоя)1. Х=0.00 5 С (Be): 2Е191. Х=0.23 15 С (Be): 2Е191. Х=0.23 21 С (Be): 2Е18
- Начало периода 27 периодов1. Х=0.24 2 С (Be): 5Е181. Х=0.29 2 С (Be): 5Е181. Х=0.38 2 С (Be): 5Е181. Х=0.52 2 С (Be): 5Е181. Х=0.67 2 С (Be): 5Е181. Х=0.80 2 С (Be): 5Е181. Х=0.88 2 С (Be): 5Е181. Х=0.93 2 С (Be): 5Е18
- Х=0.98 49 С (Be): 2Е18 Апертурный слой1. Х=0.93 2 С (Be): 5Е181. Х=0.88 2 С (Be): 5Е181. Х=0.80 2 С (Be): 5Е181. Х=0.67 2 С (Be): 5Е181. Х=0.52 2 С (Be): 5Е181. Начало верхнего РБО 1. Конец активной области 1. Х=0.50 68 нет1. Х=0.35 25 нет
- Х=0.07 8 нет Квантовая яма1. Х=0.35 10 нет
- Х=0.07 8 нет Квантовая яма1. Х=0.35 10 нет
- Начало периода 35 периодов1. Начало нижнего РБО 1. Х=0 (буфер) 500 Si: 2E18
- СаАв (001) (подложка) П-ТИП
- Тестовая структура для образцов № 1, № 2, № 3, послойное описание тестовой структуры.
- Х=0.07 8 нет Квантовая яма1. Х=0.35 10 нет
- Х=0.07 8 нет Квантовая яма1. Х=0.35 10 нет
- Начало периода 6 периодов1. Начало нижнего РБО 1. Х=0 (буфер) 500 Si: 2E18ваАв (001) (подложка) п-тип