Діод з квантовими ямами

Якщо середній шар діода ПГС зробити ще тоншим, такий шар почне працювати як квантова яма. Це означає, що у вертикальному напрямі енергія електронів почне квантуватися. Різниця між енергетичними рівнями квантових ям може використовуватися для генерації випромінювання замість потенційного бар'єру. Такий підхід дуже ефективний з огляду на можлівість керування довжиною хвилі випромінювання, яка залежатиме від товщини середнього шару. Ефективність такого лазера буде вищою в порівнянні з одношаровим лазером завдяки тому, що густина електронів і дірок, що беруть участь в процесі випромінювання, має більш рівномірний розподіл.

Гетероструктурні лазери з роздільним утриманням

Основна проблема гетероструктурних лазерів з тонким шаром — неможливість ефективного утримання світла. Щоб подолати її, з двох сторін кристала додають ще два шари. Ці шари мають менший коефіцієнт заломлення в порівнянні з центральними шарами. Така структура, що нагадує світловод, ефективніше утримує світло. Ці пристрої називаються гетероструктурами з роздільним утриманням («separate confinement heterostructure», SCH)

Більшість напівпровідникових лазерів, вироблених після 1990-го року, виготовлені за цією технологією.

Лазери з розподіленим зворотним зв'язком

Лазери з розподіленим зворотним зв'язком (РІС) найчастіше використовуються в системах багаточастотного оптоволоконного зв'язку. Щоб стабілізувати довжину хвилі, в районі p-n переходу створюється поперечна насічка, створююча дифракційні гратки. Завдяки цій насічці, випромінювання тільки з однією довжиною хвилі повертається назад в резонатор і бере участь в подальшому посиленні. РОС-лазери мають стабільну довжину хвилі випромінювання, яка визначається на етапі виробництва кроком насічки, але може трохи мінятися під впливом температури. Такі лазери — основа сучасних оптичних телекомунікаційних систем.

VCSEL

Вертикально-випромінюючі лазери (VCSEL) - «Поверхнево-випромінюючий лазер з вертикальним резонатором» - різновид діодного напівпровідникового лазера, що випромінює світло в напрямі, перпендикулярному поверхні кристала, на відміну від звичайних лазерних діодів, випромінюючих в площині, паралельній поверхні.

Перший VCSEL був створений в 1979 році групою японських вчених, але лазер для роботи в безперервному режимі при кімнатній температурі з'явився тільки в 1988 році .

Історична довідка. напівпровідникових гетероструктур для високошвидкісної оптоелектроніки займалися в петербурзькому фізтеху ім. А. Ф. Іоффе з 1960-х рр.. під керівництвом Жореса Алфьорова. За розвиток цього напрямку академіку Ж.І. Алфьорову спільно з Г. Кремер (США) була присуджена в 2000 році Нобелівська премія з фізики. Технологія створення на базі таких наногетероструктур надшвидкісних вертикально-випромінюючих лазерів (VCSEL) була запатентована в Німеччині.
Конструкція і виробництво
Схема будови вертикально-випромінюючого лазераДля виготовлення епітаксійних гетероструктур застосовується промислова технологія молекулярно-пучкової епітаксії на підкладках арсеніду галію і фосфіду індію. Вирощування відбувається в умовах високого вакууму. Потік речовини-джерела направляється у вигляді пучка молекул на підкладку - мішень, де відбувається осадження речовини. Так, строго дозуючи потік речовини від кожного джерела, можна отримувати напівпровідниковий матеріал різного складу.

Сучасні варіанти конструкції вертикально-випромінюючих лазерів (VCSEL) засновані на використанні вертикальних оптичних мікрорезонаторів з дзеркалами на основі чергуються шарів напівпровідникових матеріалів різного складу (наприклад, твердих розчинів AlGaAs c різним вмістом Al). При цьому як активної (светоизлучающий) області, як правило, використовуються одна або декілька квантових ям.

До числа основних переваг VCSEL в порівнянні з традиційними лазерами відносяться мала кутова розбіжність і симетрична діаграма спрямованості вихідного оптичного випромінювання, температурна та радіаційна стабільність, групова технологія виготовлення і можливість тестування приладів безпосередньо на пластині. Планарная технологія ВІЛ дозволяє формувати інтегровані лінійні масиви і двовимірні матриці з великим числом індивідуально адресуються випромінювачів .

На практиці для досягнення високої швидкодії необхідна не тільки ретельна оптимізація параметрів активної області, епітаксіальної гетероструктури в цілому, а також топології кристала VCSEL.

VCSEL застосовується в першу чергу для високошвидкісної передачі данних.На сьогоднішній день VCSEL, що забезпечують швидкість передачі даних 10 Гб / с, виробляються всього декількома провідними компаніями, переважно для реалізації власних передавачів. Російська компанія «Конектор Оптикс» виробляє VCSEL спектрального діапазону 850 нм [4]. У той же час, згідно із затвердженими планами розвитку стандарту Infiniband, в кабелях наступного покоління швидкість передачі даних повинна становити 26 Гбіт / с. Крім того, новий інтерфейс USB 3.0 працюватиме зі швидкістю 5 Гбіт / с з можливістю підключення оптоволокна, при цьому протокол передачі даних дозволяє досягти 25 Гб / с в найближчому майбутньому. Таким чином, на ринку існує потреба в VCSEL, що забезпечують швидкість передачі даних в діапазоні 25 Гбіт / с і вище. Технологія Коннектор Оптикс дозволяє реалізувати VCSEL спектрального діапазону 850 нм з рекордним швидкодією - до 40 Гбіт / c в режимі прямої струмового модуляції.

VECSEL

VECSEL — невеликий напівпровідниковий лазер, що настроюється, аналогічний VCSEL.

Поиск по сайту: