eng
Представлены лазеры для работы в линиях связи со спектральным уплотнением каналов. Одночастотные полупроводниковые лазеры с распределенными брегговскими зеркалами удачно сочетают в себе способность генерации излучения с узкой линией ширины (менее 10 кГц) и динамически стабильный режим работы. Рассмотрены температурные способы плавной и дискретной перестройки длины волны излучения в диапазоне 635–1650 нм.
Теги: emission wave length tuning fiber-optic communications laser diodes spectral multiplex волоконно-оптические коммуникации лазерные диоды перестройка длины волны излучения спектральное уплотнение
Возможность создания одночастотного режима генерации и перестройки длины волны излучения делает полупроводниковые лазеры привлекательными для решения многих задач. Их широко используют в телекоммуникации, волоконно-оптических линиях связи со спектральным уплотнением каналов, волоконно-оптических датчиках, спектроскопии высокого разрешения, аппаратуре медицинской и экологической диагностики, стандартах частоты, научном приборостроении.
В период начального этапа создания перестраиваемых полупроводниковых лазеров многие использовали лазерные диоды (ЛД) с коротким резонатором (100–200 мкм). Спектр излучения лазеров с коротким резонатором чаще всего имеет одну продольную моду, и их волна генерации легко перестраивается при изменении температуры и тока накачки. Но при этом их малая мощность и большие сопротивления, омическое и тепловое, приводят к нестабильности в работе и снижению ресурса.
Поэтому более широкое распространение получили лазеры с распределенной обратной связью. Данный класс лазеров обладает более стабильным одночастотным режимом работы и имеет достаточно большую оптическую мощность излучения в широком интервале температур. Для перестройки длины волны излучения в широком диапазоне чаще всего в конструкцию лазеров вводят внешний резонатор, в качестве которого используют дифракционную решетку. На рис.1 показана конструкция одночастотного перестраиваемого лазерного диода с двумя дифракционными решетками в одномодовом световоде с сохранением поляризации. Основные ее детали – это активный элемент (передняя грань резонатора имеет просветляющее покрытие, R1 = 0,5%; задняя – отражающее, R2 = 80%,); диффракционные решетки (записанные в сердцевине одномодового световода); цилиндрическая линза на конце световода для оптимизации ввода лазерного излучения [1].
Перестройка длины волны происходит согласно формуле Брэгга:
Λ = mλв / (2nэфф),
где Λ – период решетки; λв – длина волны лазера; nэфф – эффективный показатель преломления; m – порядок волновой моды.
Взаимное расположение брэгговских решеток в световоде варьируется от малого расстояния, 10–20 мкм, до 1,5 м. Минимальная ширина линии излучения достигала 8 кГц. Диапазон плавной перестройки фиксировали в пределах 1–2 нм. За счет изменения температуры волоконно-брэгговской решетки (ВБР) и ЛД можно было добиться тонкой перестройки длины волны.
В работе [2] описаны лазеры, созданные на основе гетероэпитаксиальных структур: InGaAsP-InP и GaAs-AlGaAs – с длиной волны излучения 635–1650 нм, изготовленные методом МОС-гидридной эпитаксии. Конструкция активного элемента (рис.2) и дискретные брэгговские решетки в световоде с сохранением поляризации соответствующего периода обеспечивали динамически стабильный одночастотный режим работы на заданной длине волны. Мощность излучения одночастотного ЛД (λ = 1550 нм) – более 75 мВт при сохранении линейности ватт-амперной характеристики (рис.3). Исследование спектральных характеристик одночастотного лазера с ВБР показали, что линия излучения до и после перестройки длины волны имеет ширину 8 кГц. Подавление боковых мод составило более 40 дБ. Спектр генерации лазера на длине волны 1064 нм при разных температурах ВБР (8–70°C) смещается (рис.4) и при плавной перестройке попадает в диапазон длин волн 1,5 нм. Конструкция лазерного модуля с ВБР показана на рис.5.
Дискретную перестройку длины волны обеспечивали две или более брэгговские решетки с периодом 2 или 4 ангстрема, созданные в одномодовом волокне. Для чего изменяли их температуру или ток накачки ЛД [3,4]. Причем разработали методы варьирования температуры, которые обеспечили сдвиг λ излучения ЛД по шкале длин волн с дискретностью 2 или 4 ангстрема.
Таким образом, нам удалось создать одночастотные перестраиваемые лазерные модули, работающие в диапазоне длин волн 635–1650 нм в стабильном динамическом режиме генерации. Излучение этих ЛД имеет узкую ширину линии – 8 кГц, при этом, меняя температуру, мы перестраиваем его длину волны в диапазоне 1,5 нм с шагом 2 или 4 ангстрема.
Литература
Дураев В., Неделин Е. и др. Полупроводниковые лазеры с волоконной брэгговской решеткой и узким спектром генерации на длинах волн 1530–1560 нм. – Квантовая Электроника, 2001, т. 31, №6.
Дураев В. – Техника и Оптоэлектроника, 1992, т. 40, № 3.
Дураев В. и др. Одночастотный полупроводниковый лазер на длине волны 1,06 мкм с распределенным брэгговским зеркалом в волоконном световоде. – Квантовая электроника, 1998, т. 25, №4.
Акпаров В., Дмитриев В., Дураев В., Казаков А. Полупроводниковый кольцевой лазер и исследование его характеристик в режиме датчика вращения. – Квантовая электроника, 2010, т. 40, № 10
В период начального этапа создания перестраиваемых полупроводниковых лазеров многие использовали лазерные диоды (ЛД) с коротким резонатором (100–200 мкм). Спектр излучения лазеров с коротким резонатором чаще всего имеет одну продольную моду, и их волна генерации легко перестраивается при изменении температуры и тока накачки. Но при этом их малая мощность и большие сопротивления, омическое и тепловое, приводят к нестабильности в работе и снижению ресурса.
Поэтому более широкое распространение получили лазеры с распределенной обратной связью. Данный класс лазеров обладает более стабильным одночастотным режимом работы и имеет достаточно большую оптическую мощность излучения в широком интервале температур. Для перестройки длины волны излучения в широком диапазоне чаще всего в конструкцию лазеров вводят внешний резонатор, в качестве которого используют дифракционную решетку. На рис.1 показана конструкция одночастотного перестраиваемого лазерного диода с двумя дифракционными решетками в одномодовом световоде с сохранением поляризации. Основные ее детали – это активный элемент (передняя грань резонатора имеет просветляющее покрытие, R1 = 0,5%; задняя – отражающее, R2 = 80%,); диффракционные решетки (записанные в сердцевине одномодового световода); цилиндрическая линза на конце световода для оптимизации ввода лазерного излучения [1].
Перестройка длины волны происходит согласно формуле Брэгга:
Λ = mλв / (2nэфф),
где Λ – период решетки; λв – длина волны лазера; nэфф – эффективный показатель преломления; m – порядок волновой моды.
Взаимное расположение брэгговских решеток в световоде варьируется от малого расстояния, 10–20 мкм, до 1,5 м. Минимальная ширина линии излучения достигала 8 кГц. Диапазон плавной перестройки фиксировали в пределах 1–2 нм. За счет изменения температуры волоконно-брэгговской решетки (ВБР) и ЛД можно было добиться тонкой перестройки длины волны.
В работе [2] описаны лазеры, созданные на основе гетероэпитаксиальных структур: InGaAsP-InP и GaAs-AlGaAs – с длиной волны излучения 635–1650 нм, изготовленные методом МОС-гидридной эпитаксии. Конструкция активного элемента (рис.2) и дискретные брэгговские решетки в световоде с сохранением поляризации соответствующего периода обеспечивали динамически стабильный одночастотный режим работы на заданной длине волны. Мощность излучения одночастотного ЛД (λ = 1550 нм) – более 75 мВт при сохранении линейности ватт-амперной характеристики (рис.3). Исследование спектральных характеристик одночастотного лазера с ВБР показали, что линия излучения до и после перестройки длины волны имеет ширину 8 кГц. Подавление боковых мод составило более 40 дБ. Спектр генерации лазера на длине волны 1064 нм при разных температурах ВБР (8–70°C) смещается (рис.4) и при плавной перестройке попадает в диапазон длин волн 1,5 нм. Конструкция лазерного модуля с ВБР показана на рис.5.
Дискретную перестройку длины волны обеспечивали две или более брэгговские решетки с периодом 2 или 4 ангстрема, созданные в одномодовом волокне. Для чего изменяли их температуру или ток накачки ЛД [3,4]. Причем разработали методы варьирования температуры, которые обеспечили сдвиг λ излучения ЛД по шкале длин волн с дискретностью 2 или 4 ангстрема.
Таким образом, нам удалось создать одночастотные перестраиваемые лазерные модули, работающие в диапазоне длин волн 635–1650 нм в стабильном динамическом режиме генерации. Излучение этих ЛД имеет узкую ширину линии – 8 кГц, при этом, меняя температуру, мы перестраиваем его длину волны в диапазоне 1,5 нм с шагом 2 или 4 ангстрема.
Литература
Дураев В., Неделин Е. и др. Полупроводниковые лазеры с волоконной брэгговской решеткой и узким спектром генерации на длинах волн 1530–1560 нм. – Квантовая Электроника, 2001, т. 31, №6.
Дураев В. – Техника и Оптоэлектроника, 1992, т. 40, № 3.
Дураев В. и др. Одночастотный полупроводниковый лазер на длине волны 1,06 мкм с распределенным брэгговским зеркалом в волоконном световоде. – Квантовая электроника, 1998, т. 25, №4.
Акпаров В., Дмитриев В., Дураев В., Казаков А. Полупроводниковый кольцевой лазер и исследование его характеристик в режиме датчика вращения. – Квантовая электроника, 2010, т. 40, № 10
Отзывы читателей
