автореферат диссертации по электронике, 05.27.03, диссертация на тему:Источники излучения на основе суперлюминесцентных диодов с экстремальными рабочими характеристиками

На правах рукописи

ПРОХОРОВ Вячеслав Викторович

ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ СУПЕРЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ДИОДОВ С ЭКСТРЕМАЛЬНЫМИ РАБОЧИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

05.27.03 - Квантовая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗОБ45ЭЗ

МОСКВА - 2007

003064593

Работа выполнена в ФГУП НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха

Научный руководитель:

кандидат физ.-мат. наук Кон л ев Вадим Павлович

Научный консультант:

доктор физ.-мат. наук, профессор Якубович Сергей Дмитриевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Васильев Михаил Григорьевич

кандидат физ.-мат. наук, Величанский Владимир Леонидович

Ведущая организация: Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород

Защита состоится «04» октября 2007 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.409.003.01 ФГУП НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха по адресу: 117342, Москва, ул, Введенского, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП НИИ «Полюс» им. М. Ф, Стельмаха,

Автореферат разослан «2.I» __

Ученый секретарь диссертационного сове к. ф.-м. н.

Общая характеристика работы

Актуальность темы работы. Благодаря комбинации высокой выходной мощности с большой шириной спектра излучения и, соответственно, с малой длиной когерентности СЛД нашли широкое практическое применение Можно выделить три основных области практического применения суперлюминесцентных диодов оптическая спектроскопия, оптические телекоммуникационные системы и интерферометрия Каждая из прикладных областей требует использования источников излучения определенного диапазона длин волн и выходных мощностей Так, например, датчики деформации и напряжений, использующиеся при создании самолетов, кораблей и сложных инженерных сооружений, относящиеся к области оптической спектроскопии, используют источники излучения с длинами волн от 1300 до 1600 нм и выходными мощностями от 5 до 100 мВт При создании газоанализаторов (детектирование метана, СО и С02) используются длины волн от 800 до 2000 нм и мощности излучения от 5 до 50 мВт В телекоммуникационных линиях связи СЛД используются для создания перестраиваемых лазеров и полупроводниковых оптических усилителей, обеспечивающих работу систем со спектральным уплотнением каналов на значительной протяженности оптоволоконных линий связи Выбор длин волн для телекоммуникационных применений обусловлен свойствами применяемых оптических световодов и лежит в диапазоне от 1300 до 1600 нм, причем следует отметить, что усиление сигнала в полупроводниковых оптических усилителях может достигать 20-30 дБ

Рассматривая применение СЛД в интерферометрии, необходимо отметить ряд требований, предъявляемых к СЛД в зависимости от решаемых задач Так, например, при создании волоконно-оптических гироскопов немаловажную роль играет энергопотребление, а также ширина спектра источников излучения, так как большая ширина спектра

излучения дает меньшее время когерентности, а это, в свою очередь, повышает точность позиционирования при малых углах отклонения Для источников света, применяемых в оптической когерентной томографии (ОКТ), необходимо обеспечить максимально возможную ширину линии излучения в сочетании с высокой выходной мощностью в определенном диапазоне длин волн в зависимости от объекта исследования ОКТ является важнейшей биомедицинской технологией, позволяющей получать изображения высокого разрешения Используя данную технологию, можно получать неразрушающим методом в реальном времени изображения сечений различных биологических тканей с микронным разрешением

Свойства СЛД позволяют значительно улучшить технические характеристики систем ОКТ, радикально усовершенствовав методы, с помощью которых ученые исследуют структуру биологических тканей и других объектов Увеличение ширины спектра излучения и подавление мод резонатора Фабри-Перо в СЛД позволяют снизить длину когерентности до нескольких микрометров, соответственно повысив пространственное разрешение метода Высокий уровень выходной мощности позволяет повысить скорость получения томограмм в офтальмологии, гастроэнтерологии и других областях медицины В частности, некоторые современные системы ОКТ позволяют наблюдать изображение сечений исследуемых объектов в реальном масштабе времени

Источники света, представленные на рынке оптоэлектроники на момент начала работы, зачастую не удовлетворяли требованиям, предъявляемым к ним создателями, например, систем оптической когерентной томографии Таким образом, в связи с изложенной актуальностью проблемы создания широкополосных источников излучения, представляется перспективным создание источников излучения с улучшенными выходными параметрами, а именно увеличенной шириной спектра излучения и повышенной мощностью, на основе СЛД

Цель работы.

Несмотря на большой выбор источников излучения на основе СЛД, представленных на рынке оптоэлектроники на сегодняшний день, динамично развивающиеся вышеназванные научно-прикладные области (спектроскопия, оптическая метрология, оптическая когерентная томография и ряд других) постоянно повышают требования к широкополосным источникам излучения Поэтому цель данной работы заключалась в разработке источников излучения на основе СЛД, превосходящие по выходным параметрам аналогичные коммерчески доступные приборы

В рамках диссертационной работы велись исследования по следующим направлениям

1 Создание высокоэффективных маломощных суперлюминесцентных диодов, работающих при низких токах инжекции (вплоть до 30 мА при комнатной температуре) в широком температурном диапазоне без термостабилизации,

2 Создание источников излучения с повышенной выходной мощностью (более 50 мВт в непрерывном режиме) за счет оптимизации геометрии активного элемента, а также построение схем с использованием полупроводникового оптического усилителя оригинальной конструкции,

3 Создание источников излучения с шириной спектра излучения, превосходящей коммерчески доступные аналоги на различные спектральные диапазоны путем исследования и оптимизации гетероструктур, геометрии активных элементов и режимов работы СЛД,

4 Создание широкополосных источников света за счет объединения излучения двух и более СЛД с помощью волоконных оптических разветвителей

Новизна работы:

1 Впервые разработаны и исследованы СЛД с низким энергопотреблением на основе двойной гетероструктуры с раздельным ограничением и светоизлучающие модули на их основе с выводом излучения через одномодовый волоконный световод, потребляющие не более 0 3 Вт в широком температурном диапазоне без принудительной термостабилизации,

2 Разработаны и исследованы маломощные СЛД повышенной эффективности на основе многослойной квантоворазмерной гетероструктуры, дающие трехкратный выигрыш в энергопотреблении в сравнении с приборами на основе двойных гетероструктур с раздельным ограничением,

3 Изготовлены и исследованы модули полупроводниковых лазерных усилителей на основе СЛД с одномодовыми световодами на входе и выходе для получения повышенной выходной мощности в системе «задающий генератор - усилитель мощности», а также для получения увеличенной ширины спектра выходного излучения за счет использования в качестве задающего генератора СЛД со спектром излучения, смещенным в длинноволновую область относительно спектра полупроводникового лазерного усилителя На момент написания работы полученная комбинация мощности и ширины спектра излучения является рекордной,

4 Разработаны и исследованы новые типы широкополосных СЛД спектрального диапазона 880-1650 нм на основе однослойных и многослойных квантоворазмерных гетероструктур в системах (1пОа)А8, (1пОа)РАз, а также широкополосные источники излучения на основе объединения излучения двух и более СЛД с помощью широкополосных оптоволоконных разветвителей

Практическая ценность работы состоит в том, что в ней продемонстрированы возможности, а также предложены способы реализации новых широкополосных источников оптического излучения на базе суперлюминесцентных диодов, изготовленных на основе полупроводниковых гетероструктур различных типов и различных спектральных диапазонов По своим выходным параметрам разработанные излучатели превосходят серийно выпускаемые приборы данного класса или не имеют аналогов Полученные практические результаты основывались на исследованиях по трем направлениям технологическое направление (изготовлены полупроводниковые структуры и светоизлучающие модули на их основе различных спектральных диапазонов, позволяющие реализовывать широкий контур оптического усиления и, соответственно, широкую полосу выходного излучения), конструкционное направление (разработаны и изготовлены СЛД-модули и модули полупроводниковых лазерных усилителей оригинальной конструкции, исследовано влияние их конструктивных и рабочих параметров на выходные характеристики излучения, проведена оптимизация этих параметров с целью достижения наилучшего соотношения ширины спектра, мощности излучения и остаточной спектральной модуляции), объединение излучения различных СЛД (реализованы широкополосные источники излучения на основе объединения излучения различных светоизлучающих модулей с помощью широкополосных оптических разветвителей) При этом большинство из вышеперечисленных результатов работы уже на сегодняшний день нашло свое практическое применение и внедрено в производство Так, на основе исследованных и описанных в данной работе гетероэпитаксиальных структур компанией ООО «Суперлюминесцентные Диоды» реализованы новые типы серийно выпускаемых и перспективных с практической точки зрения СЛД- светоизлучающих модулей 8ЬБ-381-МГЫ1ВиТ, 81Л>-47-МР/НР, 8ЫЗ-57-МР/НР, 5ЬЭ-6б-МР/НР1/НР2, 81ЛЗ-7б-ЬР/МР/НР Кроме

того, на основе описанных в данной работе результатов исследований компания ООО «Суперлюминесцентные Диоды» выпустила на рынок оптоэлектроники новый тип прибора на основе объединения излучения нескольких СЛД с помощью широкополосных волоконных разветвителей, получившего коммерческое название "Вгоас1ЬщЫет" (модели 0-890, В-980, 0-1300-НР, 0-1500-ЬР, 0-1550, Т-870, (>940, <2-1350, СН430)

На защиту выносятся следующие положения:

1 Разработанные прототипы миниатюрных светоизлучающих модулей спектрального диапазона 800-850 нм с использованием СЛД на основе двойной гетероструктуры с раздельным ограничением в системе (ОаА1)Аз, обладающие выходной оптической мощностью через ОВС порядка О 1 мВт, работоспособны в температурном диапазоне -55 °С -+93 °С без термостабилизации активного элемента при потребляемой мощности в пределах О 3 Вт При использовании в аналогичных модулях двухпроходного СЛД на основе многослойных квантоворазмерных структур достижим трехкратный выигрыш в энергопотреблении по сравнению с приборами на основе двойной гетероструктуры с раздельным ограничением

2. Исследованные полупроводниковые лазерные усилители вблизи длины волны 1300 нм с СЛД в качестве источников входного сигнала в схеме «задающий генератор - усилитель мощности» позволяют получить уровень непрерывной выходной оптической мощности через одномодовый волоконный световод более 50 мВт, а в схеме с использованием полупроводникового лазерного усилителя в качестве смесителя собственного усиленного спонтанного излучения и излучения входного СЛД позволяют увеличить ширину спектра выходного излучения до 70 нм

3. Разработаны новые типы широкополосных СЛД ИК-диапазона спектра, а именно

- СЛД на основе однослойной квантоворазмерной структуры в системе (1пОа)Аз с центральной длиной волны в области 920 нм, спектральной полушириной более 100 нм и выходной мощностью через одномодовый волоконный световод более 10 мВт,

- СЛД на основе 1пАз/ОаА1Аз/ОаАз гетероструктуры с квантовыми точками, спектр излучения которых перекрывает полосу 11001230 нм, а выходная мощность через одномодовый волоконный световод достигает 0 5 мВт,

- СЛД на основе многослойной квантоворазмерной структуры в системе (1пОа)РАз с центральной длиной волны в области 1550 нм, обладающие спектральной плотностью выходной мощности через одномодовый волоконный световод более -45 дБм/нм в полосе более 200 нм

4. Разработаны широкополосные источники света высокой яркости с использованием суперпозиции излучения двух (Б), трех (Т) или четырех (О) СЛД, а именно модели

- Б890 с усредненной спектральной плотностью -14 дБм/нм в спектральной полосе 815-965 нм,

- Б980 с усредненной спектральной плотностью -16 дБм/нм в спектральной полосе 880-1080 нм,

- Б1300 с усредненной спектральной плотностью -13 дБм/нм в спектральной полосе 1250-1350 нм,

- 01500-ЬР с усредненной спектральной плотностью -30 дБм/нм в спектральной полосе 1415-1585 нм,

- Э155 0 с усредненной спектральной плотностью -12 дБм/нм в спектральной полосе 1510-1590 нм,

- Т870 с усредненной спектральной плотностью -13 дБм/нм в спектральной полосе 770-970 нм,

- С>940 с усредненной спектральной плотностью -20 дБм/нм в спектральной полосе 780-1080 нм,

- Q1350 с усредненной спектральной плотностью -16 дБм/нм в спектральной полосе 1270-1470 нм,

- Q1430 с усредненной спектральной плотностью -21 дБм/нм в спектральной полосе 1305-1555 нм

В совокупности вышеперечисленные источники излучения перекрывают весь ближний ИК-диапазон спектра 770-1600 нм

Публикации по теме работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 16 печатных работах, список которых приведен в заключительной части автореферата

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из списка сокращений и условных обозначений, введения, трех глав, заключения, списка литературы (59 наименований) и приложений Полный объем диссертации составляет 149 страниц, включая 51 рисунок и 11 таблиц

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель работы, научная новизна, практическая ценность результатов работы, приведены положения, выносимые на защиту, и список публикаций по материалам диссертации

В Главе 1 «СЛД, работоспособные в широком температурном диапазоне без принудительной термостабилизации» на основе обзора литературы приведено рассмотрение принципов работы СЛД и их основных характеристик Показан общий подход к оптимизации волноводов полупроводниковых диодных структур В первом параграфе описаны СЛД с низким энергопотреблением на основе РО ДГС (толщина активного слоя 250 А, толщины волноводных слоев 0 12 мкм) с длиной волны электролюминесценции в спектральном диапазоне 800-840 нм, которые ранее использовались для изготовления серийных СЛД-модулей,

хорошо зарекомендовавших себя при работе в условиях термостабилизации (Т=+25 °С) с точки зрения надежности, стабильности выходных характеристик и их воспроизводимости от образца к образцу Показаны температурные зависимости всех основных выходных параметров такого прибора На Рис 1 продемонстрированы зависимости от температуры токов инжекции при постоянстве выходной мощности

Во втором параграфе первой главы идея создания высокоэффективного СЛД, работоспособного в широком температурном диапазоне без принудительного охлаждения, находит продолжение в использовании активных элементов на основе многослойной квантоворазмерной гетероструктуры Помимо очевидных преимуществ использования данных структур по сравнению с «классическими» РО ДГС (Рис 2) была продемонстрирована возможность дальнейшего повышения эффективности СЛД за счет использования специальной геометрии активного элемента (Рис. 3)

170 160 150 140 130 120 < 110 5 100

(а)

-О 12 мВт -О 24 мВт — 0 3$ мВт

-60 -40 -20

170 160 150 140 130 120 < 110 ^ 100 90 80

(б)

! 1 1

— —•—0 12 мВт —л— 0 24 мВт

, -V .

I

1

1

2— 1

—' ;

, 1 .

Температура, °С

20 0 20 40 60 80 100 Температура, "С

Рис. 1. Температурные зависимости токов инжекции, соответствующих постоянной выходной мощности, 1Я=600 (а) и 1000 мкм (б)

%

Рис 2 (а). Зависимость рабочего тока -I, полуширины спектра излучения АХ и глубины спектральной модуляции т5 от коэффициента отражения

обратной грани СЛД Я2 при Рхл/=0 12 мВт (Ьа=600 мкм, Т=+25 °С)

Температура, °С

Рис. 2 (б) Температурные зависимости рабочих токов при Ряи=0 12 мВт для СЛД с традиционной конструкцией на основе «объемной» РО ДГС (1) и МКРС (2), а также для двухпроходного СЛД с

искривленным волноводом на основе МКРС (3), ¿я=600 мкм

активным каналом

В первом параграфе Главы 2. «Управление выходными характеристиками СЛД с помощью внешних оптических воздействий», посвященному изучению двухпроходных СЛД, рассмотрены методы увеличения ширины спектра излучения с помощью двухпроходного режима работы СЛД с использованием спектрально селективных отражателей В качестве экспериментальных образцов были использованы СЛД на основе четырехслойной квантоворазмерной гетероструктуры в системе (1пСа)РАз

При использовании специальных спектрально-селективных отражающих покрытий, нанесенных на одну из граней СЛД можно получить любую ширину спектра выходного сигнала, ограниченную сверху лишь шириной контура оптического усиления данного прибора

Выражение для коэффициента отражения спектрально-селективного отражающего покрытия можно записать в виде

однопроходном режиме, Хц - центральная длина волны излучения в однопроходном режиме, ~ коэффициент оптического усиления, а -коэффициент диссипативных потерь и Ьа- длина активного канала СЛД

Приведенные формулы справедливы только в идеализированном случае без учета обратной связи за счет отражения и дифракции на выходе активного канала или, другими словами, при условии Я]^), где К] -коэффициент отражения выходной грани СЛД Более точное выражение имеет вид

(1)

однопроходное усиление, Р(,)вых(Л) - плотность мощности СЛД в

рю а) = х (с(Я)-1)(1-да2(Д)ОД-1]

1 + К2(Л)-2К(Л)соз(2/31а) ' ( '

где К{Х) = л//?,/г2(Я)С(А), р = —? Иэфф _ эффективный

Я

показатель преломления активного волновода СЛД

На Рис. 4 приведены результаты расчета контура отражения спектрально-селективного отражателя, а также спектра излучения двухпроходного СЛД (с учетом отражений от обеих граней кристалла - /?/ и Полученный спектр обладает плоской вершиной, однако

приемлемая величина глубины модуляции (<5%) достигается только при Я/ порядка 10~6 На практике реализация такого эффективного коэффициента отражения - задача трудоемкая, но вполне выполнимая у лучших образцов СЛД реализуются даже меньшие значения 7?, Стоит отметить, что приведенная форма выходного спектра, рассчитанного при определенной плотности тока инжекции, для конкретного СЛД может быть реализована только при соответствующем значении тока инжекции I, так как спектры Б (Л) и g(X) заметно зависят от /

Несмотря на этот недостаток, а также, несмотря на определенные технологические проблемы, описанный подход к созданию источника «белого света» с одномодовым волоконным выходом в важнейшем спектральном диапазоне 1450 - 1650 нм с яркостью, на порядки выше, чем у аналогичных серийно выпускаемых приборов, представляется весьма перспективным

Во втором параграфе второй главы исследована система «задающий генератор - усилитель мощности» на основе двух СЛД В данном разделе экспериментально показано, что использование полупроводникового лазерного усилителя (ПЛУ) бегущей волны позволяет значительно улучшить выходные характеристики суперлюминесцентного диода, в частности, повысить выходную оптическую мощность или расширить спектральную полосу излучения При использовании ПЛУ спектрального

диапазона 1300 нм на основе (1пСа)РАз РОДГС и различных СЛД в качестве источников входного сигнала получена непрерывная мощность до 50 мВт на выходе одномодового оптоволоконного световода и спектральная полуширина линии излучения до 70 нм

1 о

аГ § 08 г 8

й 06

i 0 4

■8- 02 ■8"

\

V J (а)

1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 Длина волны, нм

08

06

0 4

00

1 , - (б)

-------- i ¡

i ■

i ] i i 1

I

1\ 1 i ; \

1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 Длина волны, нм

Рис. 4. Расчетный спектр внешнего отражателя (а) и расчетный спектр суперлюминесценции двухпроходного СЛД с коэффициентом отражения выходного торца 7?/=10"6 (б)

В эксперименте, направленном на получение максимальной мощности в системе СЛД + ПЛУ, в качестве источника входного сигнала использовался серийный модуль 8ЬБ-561-НР2 с выходным ОВС и активным элементом на основе той же полупроводниковой гетероструктуры Его излучение могло попадать на вход ПЛУ непосредственно после сварки его выходного ОВС с входным ОВС ПЛУ или через широкополосный оптоволоконный изолятор, предотвращающий попадание суперлюминесценции ПЛУ в активный канал СЛД На Рис. 5 представлены ватт-амперные характеристики ПЛУ без входного сигнала (1) и при наличии входного сигнала, поступающего на вход ПЛУ непосредственно (2) и через оптический изолятор (3) Эти кривые показывают, что система СЛД + ПЛУ позволяет получить значительный выигрыш во внешней квантовой эффективности, особенно при использовании оптического изолятора (ОИ), предотвращающего подавление входного сигнала встречным излучением ПЛУ

Во втором эксперименте серийный модуль 8ЬВ-561-НР1 с центральной длиной волны излучения вблизи 1320 нм был использован как источник входного сигнала Его спектральная полоса соответствовала области прозрачности ПЛУ, вследствие чего его излучение проходило сквозь активный канал ПЛУ без усиления с небольшими диссипативными потерями При накачке ПЛУ его собственное более коротковолновое суперлюминесцентное излучение добавлялось к излучению входного СЛД, формируя на выходе широкий комбинированный спектр Форма этого спектра может изменяться в некоторых пределах за счет изменения уровней накачки и температур входного СЛД и ПЛУ Такая конструкция несколько проще, чем обычно используемая в широкополосных источниках излучения на основе СЛД для использования в ОКТ, где для суммирования излучения двух или более СЛД-модулей используются широкополосные ОВС-разветвители

Рис. 5. Ватт-амперные характеристики 1 - ПЛУ без входного сигнала (/Сед=0> рв)Г0), 2 - СЛД + ПЛУ без ОИ (70/д=300 мА, 8 мВт при /Ппу=0), 3 - СЛД + ОИ + ПЛУ (Рв^1 6 мВт=сош!) Т=20 °С

1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 Длина волны, нм

Рис. 6. Спектр выходного излучения ПЛУ, выполняющего роль смесителя собственного суперлюминесцентного излучения и входного излучения СЛД с полосой излучения, смещенной в длинноволновую область спектра 7сед=30 °С, /свд=193 мА, Тту=\Ъ °С, /я/7у=300 мА, РяМО мВт

На Рис. 6 изображена одна из реализаций комбинированного спектра излучения с выровненными спектральными максимумами, соответствующая Р^Ю мВт

В Главе 3 «Широкополосные источники излучения на основе СЛД» дано рассмотрение широкополосных источников излучения как на основе дискретных СЛД нового поколения, так и на основе объединения СЛД с помощью широкополосных волоконно-оптических разветвителей

В разделе 3 1 этой главы приводятся экспериментальные данные по исследованию СЛД на основе гетероэпитаксиальных структур, изготовленных на базе различных полупроводниковых материалов, рассчитанных на спектральный диапазон 880 - 1650 нм Создание СЛД на основе квантоворазмерных гетероструктур, обладающих более сложной зонной структурой, позволяет заметно увеличить ширину спектра излучения суперлюминесценции Это достигается за счет вовлечения в процесс эмиссии по возможности всех квантовых состояний Именно поэтому, в данной работе исследование было сосредоточено именно на КРС В рассматриваемую главу вошли экспериментальные результаты, касающиеся тех гетероэпитаксиальных структур, где реально были достигнуты характеристики СЛД, значительно превышающие параметры серийно выпускаемых приборов данного класса, а также превышающие результаты ряда экспериментальных работ, описанные в литературе Стоит подчеркнуть, что для каждой рассмотренной гетероструктуры была проведена соответствующая оптимизация конструктивных параметров СЛД на ее основе и их рабочих режимов с целью получения оптимального соотношения мощностных и спектральных параметров на выходе приборов, что дает возможность использовать их в дальнейшем в различных областях практического применения, требующих использования низкокогерентных источников излучения

SUPERLUM's NIR Spectra

Рис. 7. Сводный рисунок SUPERLUM Spectra (пунктир - новые

СЛД)

В разделе 3 2 данной главы приведены результаты по разработке нового типа оптоэлектронного прибора - широкополосного источника света на основе объединения излучения суперлюминесцентных диодов различных спектральных диапазонов с помощью широкополосных оптоволоконных разветвителей Выходная мощность и спектральные параметры таких приборов, значительно превышающие выходные параметры дискретных серийно выпускаемых СЛД-модулей, могут изменяться в широких пределах в зависимости от требований, предъявляемых к данному источнику излучения При этом выходные параметры определяются и ограничиваются лишь конкретной комбинацией, используемых для объединения СЛД-модулей

Простейшие принципиальные схемы широкополосного источника на основе объединения трех и четырех СЛД с помощью оптического волоконного Х- или У- разветвителя приведены на Рис. 8 В данную схему могут быть включены и дополнительные оптические элементы, такие как оптические аттенюаторы или изоляторы При этом интеграция оптических аттенюаторов в каждое из входных плеч прибора даст возможность дополнительной настройки его выходных спектральных и мощностных параметров, поскольку вышеперечисленные методы варьирования входных параметров СЛД имеют ряд ограничений Включение же в оптическую схему оптического изолятора позволяет избежать нежелательных эффектов, обусловленных обратными связями по излучению, которые могут возникать при практическом использовании данных приборов, например, в различных интерферометрических схемах, и которые могут приводить к «перекосам» оптической мощности СЛД и даже их выходу из строя из-за оптического пробоя

На Рис. 9 наглядно продемонстрированы широкие возможности такого подхода, позволяющего «перекрыть» практически весь ближний ИК-диапазон длин волн

Рис. 8. Принципиальные схемы широкополосных источников света на основе объединения трех (а) и четырех (б) СЛД

5 ,х

5 Ш СС

¡2-10. о

0

X

1

= -20. я

X

л Ц

я о.

Ё -30

О с О

Т840,_.

0830»Т=1н10855

Т870ь 08701-

Ш890

1013001

0980 0940(-

ВгоаёЬ^Мег

31.0-541 н-

01550 101350

ч <21430

015001-Р

800

1000

1200 1400 1600

Длина волны, нм Рис. 9. Спектральные полосы источников излучения серии

В Заключении сформулированы основные результаты работы

Основные результаты работы

1 Проведен комплекс экспериментальных и расчетных исследований, направленных на создание высокоэффективных и широкополосных суперлюминесцентных диодов для применения в спектроскопии, оптической метрологии, оптической когерентной томографии и т п

2 Созданы и исследованы прототипы миниатюрных светоизлучающих модулей спектрального диапазона 800-850 нм с использованием СЛД на основе двойной гетероструктуры с раздельным ограничением в системе (СаА1)А5, обладающие выходной оптической мощностью через одномодовый волоконный световод порядка 01 мВт, работоспособные в температурном диапазоне -55 °С - +93 °С без термостабилизации активного элемента при потребляемой мощности в пределах 0 3 Вт При использовании в аналогичных модулях

двухпроходного СЛД на основе многослойных квантоворазмерных структур достижим трехкратный выигрыш в энергопотреблении по сравнению с приборами на основе двойных гетероструктур с раздельным ограничением

3 Созданы и исследованы полупроводниковые лазерные усилители с длиной волны вблизи 1300 нм с СЛД в качестве источников входного сигнала в схеме «задающий генератор - усилитель мощности», позволяющие получить уровень непрерывной выходной оптической мощности через одномодовый волоконный световод более 50 мВт, а в схеме с использованием полупроводникового лазерного усилителя в качестве смесителя собственного усиленного спонтанного излучения и излучения входного СЛД позволяющие увеличить ширину спектра выходного излучения до 70 нм

4 Разработаны новые типы широкополосных СЛД ИК-диапазона спектра, а именно

- СЛД на основе однослойной квантоворазмерной структуры в системе (1пСа)Аз с центральной длиной волны в области 920 нм, спектральной полушириной более 100 нм и выходной мощностью через одномодовый волоконный световод более 10 мВт,

- СЛД на основе 1пАз/ОаА1Аз/ОаАз гетероструктуры с квантовыми точками, спектр излучения которых перекрывает полосу 11001230 нм, а выходная мощность через одномодовый волоконный световод достигает 0 5 мВт,

- СЛД на основе многослойной квантоворазмерной структуры в системе (1пОа)РАз с центральной длиной волны в области 1550 нм, обладающие спектральной плотностью выходной мощности через одномодовый волоконный световод более -45 дБм/нм в полосе более 200 нм

5 Разработаны широкополосные источники света высокой яркости с использованием суперпозиции излучения двух (Э), трех (Т) или четырех (О) СЛД, а именно модели

- Э890 с усредненной спектральной плотностью -14 дБм/нм в спектральной полосе 815-965 нм,

- 0980 с усредненной спектральной плотностью -16 дБм/нм в спектральной полосе 880-1080 нм,

- 01300 с усредненной спектральной плотностью -13 дБм/нм в спектральной полосе 1250-1350 нм,

- 01500-ЬР с усредненной спектральной плотностью -30 дБм/нм в спектральной полосе 1415-1585 нм,

- 01550 с усредненной спектральной плотностью -12 дБм/нм в спектральной полосе 1510-1590 нм,

- Т870 с усредненной спектральной плотностью -13 дБм/нм в спектральной полосе 770-970 нм,

- (}940 с усредненной спектральной плотностью -20 дБм/нм в спектральной полосе 780-1080 нм,

- <31350 с усредненной спектральной плотностью -16 дБм/нм в спектральной полосе 1270-1470 нм,

- С? 143 0 с усредненной спектральной плотностью -21 дБм/нм в спектральной полосе 1305-1555 нм

В совокупности вышеперечисленные источники излучения перекрывают весь ближний ИК-диапазон спектра 770-1600 нм

6 На основе исследованных и описанных в данной работе гетероэпитаксиальных структур компанией ООО «Суперлюминесцентные Диоды» реализованы новые типы серийно выпускаемых и перспективных с практической точки зрения СЛД-светоизлучающих модулей 81Л>381-М1МВиТ, 8ЬО-47-МР/НР, 81Л> 57-МР/НР, БГЛЭ-бб-МР/НР 1/НР2, 8ЬБ-76-ЬР/МР/НР Кроме того, на основе описанных в данной работе результатов исследований

компания ООО «Суперлюминесцентные Диоды» выпустила на рынок оптоэлектроники новый тип прибора на основе объединения излучения нескольких СЛД с помощью широкополосных волоконных разветвителей, получившего коммерческое название "BroadLighter"

Публикации автора по теме работы

1. Д С Мамедов, В В Прохоров, М В Шраменко, С Д Якубович «Исследование характеристик излучения маломощных суперлюминесцентных диодов в диапазоне температур -55 °С +93 °С», Квантовая электроника, т. 32, №7, стр 593 (2002)

2. DS Mamedov, V V Prokhorov, SD Yakubovich "Broad-Band Superluminescent Diode Based on Multiquantum Well (InGa)PAs Heterostructure at 1550 nm" in Conference on Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO/Europe - EQEC 2003), Munich, Germany, June 22-27, 2003, CC - Semiconductor Lasers, Poster Paper CC7W, Conference Technical Digest

3. Д С Мамедов, В В Прохоров, С Д Якубович «Сверхширокополосный мощный суперлюминесцентный диод с длиной волны излучения 920 нм», Квантовая электроника, т. 33, № 6, стр 471 (2003)

4. Д С Мамедов, В В Прохоров, С Д Якубович «Широкополосные источники излучения в спектральной области 1550 нм на основе квантоворазмерных суперлюминесцентных диодов», Квантовая электроника, т. 33, № 6, стр 511 (2003)

5. П А Лобинцов, Д С Мамедов, В В Прохоров, А Т Семенов, С Д Якубович «Мощные суперлюминесцентные диоды с неинжектируемыми выходными секциями», Квантовая электроника, т. 34, №3, стр 209 (2004)

6. Д С Мамедов, А А Мармалюк, Д Б Никитин, В В Прохоров, С Д Якубович «Двухпроходные суперлюминесцентные диоды с

пониженным энергопотреблением на основе многослойной квантоворазмерной (GaAl)As- гетероструктуры", Квантовая электроника, т. 34, №3, стр 206 (2004)

7. DC Adler, TH Со, J G Fujimoto, D Mamedov, V Prokhorov, V Shidlovski and S Yakubovich "Ultrahigh Resolution Optical Coherence Tomography using Broadband Superlummescent Diodes", OSA Biomedical Topical Meeting (BIOMED 2004), Miami Beach, Florida, USA, April 14 -17,2004, SE2 Paper, Conference Technical Digest

8. JG Fujimoto, TH Co, D С Adler, D Mamedov, V Prokhorov, V Shidlovski, S Yakubovich, J Duker, JS Schuman "New Technology for ultrahigh resolution optical coherence tomography imaging using diode light sources", Association for Research m Vision and Ophthalmology (ARVO 2004), Fort Lauderdale, Florida, USA, April 25 - 29, 2004, Conference Technical Digest

9. D S Adler, T H Ко, AK Konorev, D S Mamedov, V V Prokhorov, J J Fujimoto, S D Yakubovich "Broadband light source based on quantum-well superlummescent diodes for high-resolution optical coherence tomography", Quantum electronics, v. 34, No 10, p 915 (2004)

10. TH Ко, DC Adler, JG Fujimoto, D Mamedov, V Prokhorov, S Yakubovich "Ultrahigh resolution optical coherence tomography imaging with a broadband superlummescent diode light source", Opt Express, v. 12, No 10, p 2112(2004)

11. PA Lobmtsov, DS Mamedov, VV Prokhorov, AT Semenov, SD Yakubovich "High-power SLDs with unpumped output sections", 12th Int Symp "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg 2004, Proc p 91 LOED15p

12. D S Mamedov, V V Prokhorov, S D Yakubovich, T H Ко, T С Adler, J G Fujimoto "Extremely broad-band light source based on QW SLDs for optical coherence tomography", 12th Int Symp "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg 2004, Proc p 93 LOED16p

13. V V Prokhorov, D S Shvakov, S D Yakubovich "Study of the system SLD-SOA of the 1300 nm spectral diapason", 5th Belorussian-Russian Workshop "Semiconductor lasers and systems", 2005 Book of papers, p 87

14 В В Прохоров, Д С Шваков, С Д Якубович «Широкополосные источники излучения высокой яркости на основе суперлюминесцентного диода и полупроводникового лазерного усилителя», Квантовая электроника, т. 35, №6, стр 504 (2005)

15. VV Prokhorov, DS Shvakov, SD Yakubovich "Broad-Band High-Brightness Light Sources Based on SOA and SLD", European Conf on Biomedical Optics, 2005, Munich, Germany, Conf program MC10, p 11 SPIE-OSA/Vol. 5861 586101 1-5

16. E В Андреева, AE Жуков, В В Прохоров, ВМ Устинов, СД Якубович «СЛД спектрального диапазона 1100-1230 нм на основе InAs/AlGaAs/GaAs гетероструктур с квантовыми точками», Квантовая электроника, т. 36, №6, стр 527 (2006)

Сокращения и условные обозначения.

Введение.

Глава 1. СЛД, работоспособные в широком температурном диапазоне без принудительной термостабилизации.

1.1. СЛД с низким энергопотреблением на основе «объемной» (GaAI)As гетероструктуры и светоизлучающие модули на их основе.

1.2. Маломощные СЛД повышенной эффективности на основе многослойной квантоворазмерной гетероструктуры.

Глава 2. Управление выходными характеристиками СЛД с помощью внешних оптических воздействий.

2.1. Двухнроходные СЛД.

2.2. Управление выходным излучением в системе «задающий генератор -усилитель мощности» на основе двух СЛД.

Глава 3. Широкополосные источники излучения на основе СЛД.

3.1. Широкополосные СЛД спектрального диапазона 880-1650 нм на основе квантоворазмерных гетероструктур и светоизлучающие модули на их основе.

3.1.1. СЛД спектрального диапазона 880-980 нм на основе однослойной квантоворазмерной гетероструктуры в системе (InGa)As.

3.1.2. СЛД спектрального диапазона 1100-1230 нм на основе десятислойной InAs/CaAIAs/CaAs гетероструктуры с квантовыми точками.

3.1.3. СЛД спектрального диапазона 1450-1650 нм на основе четырехслойной квантоворазмерной гетероструктуры в системе (InGa)PAs.

3.2. Широкополосные источники света на основе объединения излучения двух и более СЛД с помощью оптоволоконных развегвителей.

3.2.1. Источник света спектрального диапазона 815-965 нм с использованием суперпозиции излучения двух СЛД на основе однослойных КРС в системе (GaAl)As и (InGa)As.

3.2.2. Источники света спектрального диапазона 1250-1350 нм с использованием суперпозиции излучения двух СЛД на основе объемных РО ДГС и четырехслойных КРС в системе (InGa)PAs.

3.2.3. Источник света спектрального диапазона 780-1080 нм с использованием суперпозиции излучения двух и четырех СЛД на основе однослойных КРС в системе (GaAl)As и однослойной и двухслойной КРС в системе (InGa)As.

3.2.4. Источники света спектрального диапазона 1415-1585 нм с использованием суперпозиции излучения двух СЛД на основе однослойной и четырехслойной КРС в системе (InGa)PAs.

3.2.5. Источники света спектрального диапазона 780-960 нм с использованием суперпозиции излучения трех СЛД на основе однослойных КРС в системах (GaAI)As и (InGa)As.

3.2.6. Источники света спектрального диапазона 1270-1580 нм с использованием суперпозиции излучения четырех СЛД на основе КРС в системе (InGa)PAs.

Полупроводниковый лазер, созданный в 1962 г. [1] - за несколько лет до того как оптоэлектроника и интегральная оптика сформировались как самостоятельные научные направления, занял в них ведущее положение. Наиболее широкое распространение получили инжекционные лазеры на основе полупроводниковых соединений группы AMIBV благодаря их следующим, ныне общеизвестным, достоинствам: высокая эффективность прямого преобразования электрической энергии в когерентное излучение, миниатюрность, монолитность, обеспечивающая механическую надежность, простота накачки и управления выходным излучением, обеспечиваемых низковольтными электронными устройствами, быстродействие, возможность использования методов интегральной планарной технологии при изготовлении, допустимость интеграции с электронными полупроводниковыми микросхемами и пассивными интегрально-оптическими элементами.

До конца 60-х годов инжекционные лазеры изготавливались главным образом на основе полупроводниковых гомоструктур, содержащих сильно легированный р-n переход. Такие «гомолазеры» обладали сильной температурной зависимостью порогового тока и могли эффективно работать только при криогенных температурах. Это обстоятельство сильно сдерживало их практическое использование. Резкий прогресс энергетических параметров инжекционных лазеров (снижение пороговых токов при комнатной температуре более чем на порядок) связан с использованием полупроводниковых гетероструктур.

Идея использования гетероструктур в полупроводниковой электронике была выдвинута уже на заре ее развития. Одни из самых важных теоретических изысканий были выполнены Г. Кремером, который ввел понятие квазиэлектрических и квазимагнитных полей в плавном гетеропереходе и предположил, что гетеропереходы могли бы иметь чрезвычайно высокую эффективность инжекции по сравнению с гомопереходами [2-3]. В то же самое время развивались различные идеи относительно использования полупроводниковых гетероструктур в солнечных элементах. В 1966 г. группа Ж. И. Алферова сформулировала основные преимущества полупроводниковых гетероструктур: суперинжекция носителей, оптическое и электронное ограничение.

Теоретические изыскания продвигались существенно быстрее экспериментальных, так как основным препятствием было отсутствие решеточно-согласованных систем. Однако к концу 1966 г. Ж. И. Алферову с коллегами удалось получить методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) первую решеточно-согласованную AlGaAs-гетероструктуру. Одновременно с группой Ж. И. Алферова аналогичные результаты были получены и в лаборатории IBM X. Руппрехтом и Дж. Вудолом. Дальнейший прогресс в области создания полупроводниковых приборов и, в частности, лазеров на основе гетеропереходов был стремительным. Был создан ряд важных приборов, в которых были реализованы основные преимущества гетероструктур: низкопороговые лазеры на основе односторонних (ОГС) и двусторонних (ДГС) гетероструктур, работоспособные при комнатной температуре (до этого времени лазеры на гомопереходах работали только при криогенных температурах), высокоэффективные светоизлучающие диоды (СИД) на основе ОГС и ДГС, солнечные элементы на гетероструктурах, биполярные транзисторы и тиристорные переключатели.

В начале 70-х годов в НИИ «Полюс» JI. А. Ривлиным с сотрудниками при исследовании полупроводниковых лазерных усилителей (ПЛУ) впервые для подавления положительной оптической обратной связи была использована структура с узким активным каналом, ось которого имела наклон по отношению к нормали к торцевым граням кристалла. Особое внимание было уделено излучательным характеристикам таких устройств в режиме усиления собственного спонтанного излучения [4, 5]. Тогда же было впервые введено понятие суперлюминесцентного диода (СЛД). При исследовании свойств СЛД было обнаружено, что его спектральные характеристики очень похожи на характеристики СИД, в то время как выходные мощности на порядки выше и приближаются к оным у лазерных диодов (ЛД). Параллельно и независимо аналогичные исследования проводились в НИИ Прикладной физики под руководством Jl. Н. Курбатова [6, 7].

Благодаря комбинации высокой выходной мощности с большой шириной спектра излучения и, соответственно, с малой длиной когерентности СЛД нашли широкое практическое применение. Можно выделить три основных области практического применения суперлюминесцентных диодов: оптическая спектроскопия, оптические телекоммуникационные системы и интерферометрия. Каждая из прикладных областей требует использования источников излучения определенного диапазона длин волн и выходных мощностей. Так, например, датчики деформации и напряжений, использующиеся при создании самолетов, кораблей и сложных инженерных сооружений, относящиеся к области оптической спектроскопии, используют источники излучения с длинами волн от 1300 до 1600 нм и выходными мощностями от 5 до 100 мВт. При создании газоанализаторов (детектирование метана, СО и СО2) используются длины волн от 800 до 2000 нм и мощности излучения от 5 до 50 мВт. В телекоммуникационных линиях связи СЛД используются для создания перестраиваемых лазеров и полупроводниковых оптических усилителей, обеспечивающих работу систем со спектральным уплотнением каналов на значительной протяженности оптоволоконных линий связи. Выбор длин волн для телекоммуникационных применений обусловлен свойствами применяемых оптических световодов и лежит в диапазоне от 1300 до 1600 нм, причем следует отметить, что усиление сигнала в полупроводниковых оптических усилителях может достигать 20-30 дБ.

Рассматривая применение СЛД в интерферометрии, необходимо отметить ряд требований, предъявляемых к СЛД в зависимости от решаемых задач. Так, например, при создании волоконно-оптических гироскопов немаловажную роль играет энергопотребление, а также ширина спектра источников излучения, так как большая ширина спектра излучения дает меньшее время когерентности, а это, в свою очередь, повышает точность позиционирования при малых углах отклонения. Для источников света, применяемых в оптической когерентной томографии (ОКТ), необходимо обеспечить максимально возможную ширину линии излучения в сочетании с высокой выходной мощностью в определенном диапазоне длин волн в зависимости от объекта исследования. ОКТ является важнейшей биомедицинской технологией, позволяющей получать изображения высокого разрешения. Используя данную технологию, можно получать неразрушающим методом в реальном времени изображения сечений различных биологических тканей с микронным разрешением.

Свойства СЛД позволяют значительно улучшить технические характеристики систем ОКТ, радикально усовершенствовав методы, с помощью которых ученые исследуют структуру биологических тканей и других объектов [9]. Увеличение ширины спектра излучения и подавление мод резонатора Фабри-Перо в СЛД позволяют снизить длину когерентности до нескольких микрометров, соответственно повысив пространственное разрешение метода. Высокий уровень выходной мощности позволяет повысить скорость получения томограмм в офтальмологии, гастроэнтерологии и других областях медицины. В частности, некоторые современные системы ОКТ позволяют наблюдать изображение сечений исследуемых объектов в реальном масштабе времени.

На сегодняшний день существует целый ряд альтернативных низкокогерентных источников света, многие из которых широко представлены на рынке современной оптоэлектроники. Данные приборы демонстрируют широкий диапазон выходных параметров излучения и принципов их работы. Можно выделить несколько основных типов коммерчески доступных приборов: источники «белого света» на основе ламп накаливания, волоконные источники излучения на основе легированных редкоземельными элементами световодов, светоизлучающие диоды (СИД) и твердотельные лазеры - генераторы ультракоротких оптических импульсов (УКИ). Для полноты картины соответствующего целесообразно кратко рассмотреть преимущества и недостатки указанных приборов в сравнении с источниками излучения на основе СЛД.

Источники «белого света» на основе ламп накаливания демонстрируют широкий спектр излучения, охватывающий диапазон длин волн от 350 нм до нескольких микрометров (инфракрасный (ИК) диапазон). Помимо этого несомненного преимущества перед всеми остальными приборами, включая СЛД, ламповые источники излучения обладают целым рядом недостатков, ставящих под сомнение целесообразность их применения в указанных выше областях: низкий коэффициент полезного действия (КПД), трудности ввода излучения в световод, невысокая спектральная плотность мощности излучения, сравнительно большие размеры приборов.

Волоконные источники излучения на основе легированных редкоземельными элементами световодов характеризуются широким спектром излучения, высокой выходной мощностью и малыми габаритами, однако, помимо очевидных достоинств, они обладают и рядом недостатков. Основными недостатками можно считать высокую стоимость подобных световодов, необходимость использования мощных дорогостоящих лазерных диодов накачки, возможность работы в ограниченных интервалах длин волн ИК-диапзона спектра (например, для волокон, активированных Ег, центр излучения лежит в районе 1550 нм), отсутствие подобных источников в ближнем ИК-диапазоне.

Светоизлучающие диоды обладают достаточно широким спектром излучения, «перекрывают» большой диапазон длин волн (начиная с ультрафиолетового (УФ) диапазона и заканчивая ИК-диапазоном), компактны, но, как и ламповые источники излучения, имеют низкую эффективность ввода излучения в световод благодаря сравнительно большому телу свечения и малой направленности излучения, низкую спектральную плотность.

Твердотельные лазеры - генераторы УКИ обладают широким спектром излучения, высокой выходной мощностью, нечувствительны к обратным связям. Тем не менее, они имеют два существенных недостатка, препятствующих их широкому распространению: высокая стоимость и достаточно большие габариты приборов.

Завершив обзор альтернативных источников излучения, можно более детально рассмотреть преимущества и недостатки светоизлучающих приборов на основе СЛД.

Суперлюминесцентный диод является усилителем собственного спонтанного излучения и отличается от полупроводниковых лазеров геометрией активного элемента и покрытиями, наносимыми на выходные грани излучателя. При изготовлении полупроводникового лазера на выходную грань обычно наносится полупрозрачное покрытие, а на заднюю грань - сильно отражающее покрытие. В случае традиционных СЛД на обе грани наносится антиотражающее покрытие (АОП), обеспечивающее эффективный коэффициент отражения порядка 10"4. Таким образом, очевидно, что для обеспечения выходных мощностей, сопоставимых с мощностями ЛД, необходимо реализовать гораздо более высокое оптическое усиление в активном канале, так как СЛД работает в однопроходном режиме.

В качестве иллюстрации сложности создания СЛД с низкой остаточной модуляцией спектра излучения модами Фабри-Перо ниже приведены расчеты спектров излучения для различных коэффициентов отражения АОП граней кристалла [10-11]. Для простоты расчетов в качестве образца был взят СЛД с узким активным каналом, представляющим гребневидный световод, ось которого ортогональна торцевым граням кристалла (Рис. 1(а, б)).

Излучение, распространяющееся в активном канале, представляет собой набор дискретных волн, образующихся в результате отражений от внутренних стенок волновода при полном внутреннем отражении. Но распространение этих волн внутри волновода возможно лишь в том случае, если они проходят под определёнными (дискретными) углами по отношению к стенкам волновода. Такие световые лучи образуют моды волновода. Световые же потоки излучения, распространяющиеся под углами, отличными от «разрешённых» дискретных значений, взаимно компенсируются и гасятся внутри волновода. Большинство практических применений требуют наличия только моды низшего порядка. Требуемая ширина одномодового волновода (w) может быть оценена по формуле [8]: где Я - длина волны излучения, пу - коэффициент преломления накачиваемой активной области под гребневидным узким активным каналом, а п„- коэффициент преломления не накачиваемой области.

При преобладании процессов вынужденного излучения над поглощением структура обладает оптическим усилением. Однопроходное оптическое усиление (Gs) определяется следующим выражением: где La - длина активного канала, g0 - удельный коэффициент усиления, а а-удельный коэффициент поглощения.

Таким образом, подобный СЛД может быть использован в качестве полупроводникового лазерного усилителя (ПЛУ). В свою очередь, ПЛУ может быть преобразован в полупроводниковый лазер путем внесения положительной обратной связи по излучению. Простейший резонатор Фабри-Перо может быть получен в результате скалывания граней кристалла перпендикулярно оси волновода. Появление положительной обратной связи приводит к тому, что коэффициент оптического усиления G этого многопроходного прибора становится отличным от однопроходного усиления Gs. При заданных коэффициентах отражения от передней и задней грани излучателя (/?/и R2 соответственно (для сколов без АОП их величина Я

XV <

1)

Gs=exp[(go-a)La]

2) составляет порядка 0.3)), усиление световой волны, выходящей сквозь переднюю грань кристалла, описывается известным выражением: где р - константа фазового распространения активного волновода; Л -длина волны излучения в свободном пространстве, nejf - эффективный показатель преломления волновода.

Соответствующее выражение для коэффициента усиления встречной волны может быть получено заменой /?/И R2 в выражении для Я.

Самовозбуждение лазера (лазерный порог генерации) наступает, когда оптическое усиление G стремится к бесконечности. Это происходит при условии, когда К= 1 и pLa=m7t, где т - целое число. Выше порога лазерной генерации оптическое усиление насыщается, а выходная мощность излучения определяется исключительно количеством инжектированных носителей (током накачки).

Как показано на Рис. 1(в), выходной спектр излучения лазера представляет собой серию дискретных узких спектральных пиков, являющихся результатом явления резонансного сложения оптических волн, происходящего внутри резонатора. При этом условие резонансного сложения выполняется в случае, когда вдоль длины резонатора укладывается целое число полуволн излучения.

3) н = (1 -4rx )2(1 + ДУ, к = Jrj2gs, р = ,

2т

4)

Волноводные слои

Активная область п-подложка

Рис. 1 (а). Структура СЛД с прямым гребневидным волноводом.

АОП

Р2

АОП Pi w Ri

Рис. 1 (б). Вид сверху, иллюстрирующий отражение излучения на торцах СЛД.

1548 1549 1550 1551

Длина волны, нм

Рис. 1 (в). Спектр излучения лазера.

Ниже лазерного порога генерации (Л>1), в соответствии с (3), форма контура усиления переходит в серию максимумов и минимумов в зависимости от длины волны. При этом Gmax соответствует условию /3La=mn (или cos(2/?La)=l), a G,W/.V - условию Д,д=(т-%);г (или cos(2/?L0)=-l). При этом периодические изменения в спектральной плотности излучения в зависимости от длины волны, обусловленные вышеописанными изменениями оптического усиления, принято характеризовать величиной глубины спектральной модуляции (w.s): щ - ~ Сжу 2/f ^

Gmx + Gkus 1 +

Как следует из вышеизложенного, глубина спектральной модуляции будет тем ниже (спектр излучения будет тем более гладким), чем меньшими будут коэффициенты отражений от торцевых граней прибора и чем меньшим будет однопроходное усиление (G$). Для СЛД очень важным и критичным параметром как раз и является величина спектральной модуляции, которая должна быть по возможности минимизирована. Так, типичные значения этой величины для серийно выпускаемых приборов данного класса обычно не превышают 5%. Результаты расчета спектра излучения СЛД в зависимости от коэффициента отражения АОП, нанесенных на выходные грани кристалла, представлены на Рис. 2.

0.6

0.4

0.0 3

X Iо

1.0

0.8

0.6

0.4

Л Iо о X ш S

О 0.2 О)

X 0.0

0.0 а) R=R2=10"4; т= 0.9% 1 1 1 ■ i 1 б)

R=R=5* 10"4; ш=4.6% 7 z о 1 1 1 1 1 1

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

R=R=0.3; т =100% в)

1450

1500

1550

1600

1650

Длина волны, нм

Рис. 2. Спектры излучения СЛД в зависимости от коэффициента отражения выходных граней: Ю"4 (а), 5*10'4 (б) и 0.3 (АОП отсутствует) (в).

Идеальный СЛД или ПЛУ характеризуется величиной О даже при очень высоком однопроходном усилении, для чего необходимо выполнить условие /?/=/?2~0. В этом состоит главное отличие СЛД от лазера: для создания лазера вовсе не требуется большое однопроходное усиление. В типичном лазере на основе резонатора Фабри-Перо на переднюю грань кристалла наносится покрытие с коэффициентом отражения Rj-OA, а на заднюю грань наносится покрытие с коэффициентом отражения на рабочей длине волны лазера

2~0.9. В результате получаем =0.3, что при подстановке в (4) позволяет определить требуемое усиление для достижения порога генерации (К= 1) равному Gs=333. При токах накачки, выше пороговых значений, мощность излучения лазера возрастает линейно с увеличением тока инжекции.

С другой стороны, выходная мощность излучения СЛД (Р) определяется усиленным спонтанным излучением ниже порога лазерной генерации, зависящим от однопроходного усиления Gs. В случае если отражениями от передней и задней граней излучателя можно пренебречь, то плотность мощности выходного излучения СЛД описывается следующей зависимостью: где А - коэффициент, зависящий от поперечных размеров усилителя, его волноводных свойств и пропускания выходного торца; S(A) -спектральная плотность мощности спонтанного излучения.

В случае же, если обратными отражениями от боковых граней пренебречь нельзя, плотность мощности выходного излучения с переднего торца прибора описывается выражениям:

Выражение для плотности мощности излучения с обратного торца прибора можно получить путём перестановки R/ и /?2 в выражении (7). яМ-а

6)

Р(Л) = А g0(A)-a \ + K2-2Kcos(2{ILa) '

7)

Так как спектрально-пространственная плотность мощности (яркость) спонтанного излучения достаточно мала, для получения высоких уровней мощностей излучения на выходе СЛД требуются величины однопроходного усиления порядка 103. Как следует из выражений (3), (6), (7) это может быть реализовано путём увеличения плотности тока инжекции, а также увеличением длины активного канала (La). При этом зависимость выходной мощности от вышеуказанных параметров будет носить суперлинейный характер.

Таким образом, основные требования и конструктивные особенности, которые должны быть учтены при проектировании СЛД, можно представить в следующем виде:

------------------yyi

Gs>> (8)

2 Us где ms - допустимая величина спектральной модуляции излучения, обусловленной обратными отражениями (5).

Исходя из вышеизложенных требований и условий, могут быть рассмотрены два используемых на практике режима работы СЛД и ПЛУ: однопроходный режим, когда коэффициентами отражения от обеих граней прибора можно пренебречь. При этом они должны быть настолько малы, чтобы полностью удовлетворять условиям (8). Второй режим работы СЛД -двухпроходный, когда одним из коэффициентов отражения пренебречь уже нельзя, но, при этом, коэффициент отражения от другой грани настолько мал, чтобы удовлетворять условиям (8). В первом случае выражение (7) переходит в выражение (6) и уровни мощности с обеих граней одинаковы.

В двухпроходных СЛД, за счёт того, что коэффициент отражения света от одной из граней достаточно велик, часть распространяющейся световой волны отражается от этой грани и идёт в обратную сторону, усиливаясь по ходу продвижения в волноводе. В предположении, что задняя грань излучателя (R2) имеет достаточно большой коэффициент отражения, при котором можно пренебречь уровнем отражения от передней грани, выражение для плотности мощности выходного излучения с передней грани запишется в следующем виде:

Р0(Л)« А - (Gs ~\)(R2Gs + \) *A f R22Gs2(A), (9) в то время как выражение для плотности мощности излучения со стороны задней грани получается перестановкой Rt и R2 в (9).

Сопоставляя выражения (6) и (9), описывающие работу СЛД и оптических усилителей в однопроходном и двухпроходном режимах усиления излучения соответственно, легко заметить, что мощность выходного излучения в первом случае прямо пропорциональна величине однопроходного усиления Gs, в то время как в двухпроходном приборе она уже пропорциональна квадрату однопроходного усиления. Таким образом, режим двухпроходного усиления является более эффективным в смысле получения заданных уровней мощности излучения, чем однопроходный, что позволяет, например, использовать в первом случае приборы с более короткими длинами активных каналов, а также накачивать их меньшими плотностями тока для получения аналогичных уровней мощностей. Однако, при этом, двухпроходные приборы более чувствительны к обратным оптическим отражениям от торцевых граней излучателя. Поэтому для номинально заданных уровня выходной мощности и величины спектральной модуляции требуется обеспечение и воспроизведение очень низкого коэффициента оптического отражения со стороны одной из граней. Так, например, при G.s-100, a R2= 1, величина Ri в соответствии с (8) должна быть равна 2.5-10"9 для обеспечения уровня спектральной модуляции ту=\%. В то время как у однопроходного СЛД с G^IO4 и т$= 1%, Я/ = R2 должны быть на уровне 10"7.

В действительности, достижение коэффициентов отражения от торцевых граней кристалла на уровне 10"6 - 10"9 для всего спектрального диапазона излучения СЛД представляется задачей крайне трудоёмкой и, практически, невыполнимой в случае нанесения однослойного антиотражающего покрытия. Для очень качественных антиотражающих покрытий может быть получен уровень обратных отражений излучения до 10"4 и лишь в узком спектральном диапазоне длин волн. Использование многослойных покрытий может дать аналогичные результаты и для относительно более широкого спектрального диапазона, но, как правило, разработка и нанесение подобных покрытий задача также очень трудоёмкая как в технологическом, так и в экономическом плане. Помимо использования АОП с низким остаточным коэффициентом отражения для подавления остаточной модуляции спектра излучения модами резонатора Фабри-Перо используют различные подходы к созданию активного элемента, например, наклон мезаполоскового активного канала относительно выходных граней кристалла или создание оптических поглотителей у задней выходной грани кристалла (Рис. 3). В первом случае отразившаяся от торцевой грани часть излучения просто выходит из области волновода, частично или полностью поглощаясь затем в объёме полупроводника или выходя наружу через боковые поверхности кристалла. Этот процесс проиллюстрирован на Рис. 3(a). В этой конструкции СЛД имеется только слабая положительная обратная связь из-за дифракции отраженного излучения. Стоит отметить, что внешний угол выхода суперлюминесцентного излучения в случае реализации такой конструкции больше, чем угол наклона полоска в соответствии с законом Снеллиуса, что требует, в дальнейшем, монтажа кристалла на хладопроводе под соответствующим углом.

Рис. 3(a). СЛД с наклонным активным каналом. Отразившееся от выходных граней излучение не попадает обратно в волновод, поглощаясь в материале суперлюминесцентного диода, либо выходя наружу через боковые грани излучателя. Таким образом можно снизить требования к остаточному коэффициенту отражения антиотражающего покрытия.

Рис. 3(6). Двухсекционный СЛД, включающий наклоненный активный канал с АОП на выходной грани и заземленную поглощающую секцию на задней грани. Электрическая изоляция секций осуществляется путем удаления р -слоя в разделительной канавке между активным каналом и поглотителем. При этом величина разделительного сопротивления лежит в пределах от 500 до 1500 Ом, чего вполне достаточно для надежной электрической изоляции секций.

Несмотря на достаточно сложную технологию изготовления СЛД, они нашли широкое применение в промышленных установках, медицинских диагностических приборах, метрологических установках волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), навигационном оборудовании и многих других областях деятельности человека благодаря своим преимуществам перед альтернативными широкополосными источниками излучения.

Приведем кратко основные преимущества суперлюминесцентных диодов:

- широкий спектр излучения;

- высокая выходная мощность;

- простота ввода излучения в одномодовый световод;

- возможность создания излучателей в широком оптическом диапазоне (от 660 до 1700 нм);

- малые габариты светоизлучающего модуля с волоконным выходом, как следствие - простота интеграции в оптоэлектронные схемы и установки;

- большой ресурс работы (до десятков тысяч часов);

- сравнительно невысокая стоимость.

Несмотря на большой выбор источников излучения на основе СЛД, представленных на рынке оптоэлектроники на сегодняшний день, динамично развивающиеся вышеназванные научно-прикладные области (спектроскопия, оптическая метрология, оптическая когерентная томография и ряд других) постоянно повышают требования к широкополосным источникам излучения. Поэтому цель данной работы заключалась в разработке источников излучения на основе СЛД с выходными параметрами, превосходящими аналогичные приборы, коммерчески доступные на сегодняшний день.

В рамках диссертационной работы велись исследования по следующим направлениям:

- создание высокоэффективных маломощных суперлюминесцентных диодов, работающих при низких токах инжекции (вплоть до 30 мА ири комнатной температуре) в широком температурном диапазоне без термостабилизации;

- создание источников излучения с повышенной выходной мощностью (более 50 мВт в непрерывном режиме) за счет оптимизации геометрии активного элемента, а также построение схем с использованием полупроводникового оптического усилителя оригинальной конструкции;

- создание источников излучения с шириной спектра излучения, превосходящей коммерчески доступные аналоги на различные спектральные диапазоны путем исследования и оптимизации гетероструктур, геометрии активных элементов и режимов работы СЛД;

- создание широкополосных источников света за счет объединения излучения двух и более СЛД с помощью волоконных оптических разветвителей.

Новизна работы:

- разработаны и исследованы СЛД с низким энергопотреблением на основе РО ДГС и светоизлучающие модули на их основе с выводом излучения через ОВС;

- разработаны и исследованы маломощные СЛД повышенной эффективности на основе многослойной квантоворазмерной гетероструктуры;

- изготовлены и исследованы ПЛУ-модули на основе СЛД с одномодовыми световодами на входе и выходе для получения повышенной выходной мощности в системе «задающий генератор -усилитель мощности», а также для получения увеличенной ширины спектра выходного излучения за счет использования в качестве задающего генератора СЛД со спектром излучения, смещенным в длинноволновую область относительно спектра ПЛУ;

- разработаны и исследованы новые типы широкополосных СЛД спектрального диапазона 880-1650 нм на основе однослойных и многослойных квантоворазмерных гетероструктур в системах (InGa)As, (InGa)PAs, а также широкополосные источники излучения на основе объединения излучения двух и более СЛД с помощью широкополосных оптоволоконных разветвителей.

Практическая ценность работы состоит в том, что в ней продемонстрированы возможности, а также предложены способы реализации новых широкополосных источников оптического излучения на базе суперлюминесцентных диодов, изготовленных на основе полупроводниковых гетероструктур различных типов и различных спектральных диапазонов. По своим выходным параметрам разработанные излучатели превосходят серийно выпускаемые приборы данного класса или не имеют аналогов. Полученные практические результаты основывались на исследованиях по трём направлениям: технологическое направление (изготовлены полупроводниковые структуры и светоизлучающие модули на их основе различных спектральных диапазонов, позволяющие реализовывать широкий контур оптического усиления и, соответственно, широкую полосу выходного излучения); конструкционное направление (разработаны и изготовлены СЛД-модули и ПЛУ-модули оригинальной конструкции, исследовано влияние их конструктивных и рабочих параметров на выходные характеристики излучения, проведена оптимизация этих параметров с целью достижения наилучшего соотношения ширины спектра, мощности излучения и остаточной спектральной модуляции); объединение излучения различных СЛД (реализованы широкополосные источники излучения на основе объединения излучения различных светоизлучающих модулей с помощью широкополосных оптических разветвителей). При этом большинство из вышеперечисленных результатов работы уже на сегодняшний день нашло своё практическое применение и внедрено в производство. Так, на основе исследованных и описанных в данной работе гетероэпитаксиальных структур компанией ООО «Суперлюминесцентные Диоды» реализованы новые типы серийно выпускаемых и перспективных с практической точки зрения СЛД-светоизлучающих модулей SLD-381-MINIBUT, SLD-47-MP/HP, SLD-57-МР/НР, SLD-66-MP/HP1/HP2, SLD-76-LP/MP/HP. Кроме того, на основе описанных в данной работе результатов исследований компания ООО «Суперлюминесцентные Диоды» выпустила на рынок оптоэлектроники новый тип прибора на основе объединения излучения нескольких СЛД с помощью широкополосных волоконных разветвителей, получившего коммерческое название "BroadLighter" (модели D-890, D-980, D-1300-HP, D-1500-LP, D-1550, Т-870, Q-940, Q-1350, Q-1430).

Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, и списка литературы.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Разработанные прототипы миниатюрных светоизлучающих модулей спектрального диапазона 800-850 нм с использованием СЛД на основе РО ДГС в системе (GaAl)As, обладающие выходной оптической мощностью через ОВС порядка 0.1 мВт, работоспособны в температурном диапазоне -55 °С - +93 °С без термостабилизации активного элемента при потребляемой мощности в пределах 0.3 Вт. При использовании в аналогичных модулях двухпроходного СЛД на основе многослойной КРС достижим трехкратный выигрыш в энергопотреблении.

2. Исследованные ПЛУ спектрального диапазона 1300 нм с СЛД в качестве источников входного сигнала в схеме «задающий генератор -усилитель мощности» позволяют получить уровень непрерывной выходной оптической мощности через ОВС более 50 мВт, а в схеме с использованием ПЛУ в качестве смесителя собственного усиленного спонтанного излучения и излучения входного СЛД позволяет увеличить ширину спектра выходного излучения до 70 нм.

3. Разработаны новые типы широкополосных СЛД ИК-диапазона спектра, а именно:

- СЛД на основе однослойной КРС в системе (InGa)As с центральной длиной волны в области 920 нм, спектральной полушириной более 100 нм и выходной мощностью через ОВС более 10 мВт;

- СЛД на основе InAs/GaAlAs/GaAs гетероструктуры с КТ, спектр излучения которых перекрывает полосу 1100-1230 нм, а выходная мощность через ОВС достигает 0.5 мВт;

- СЛД на основе многослойной КРС в системе (InGa)PAs с центральной длиной волны в области 1550 нм, обладающие спектральной плотностью выходной мощности через ОВС более -45 дБм/нм в полосе более 200 нм.

Разработаны прототипы широкополосных источников света высокой яркости с использованием суперпозиции излучения двух (D), трех (Т) или четырех (Q) СЛД, а именно модели:

- D890 с усредненной спектральной плотностью -14 дБм/нм в спектральной полосе 815-965 нм;

- D980 с усредненной спектральной плотностью -16 дБм/нм в спектральной полосе 880-1080 нм;

- D1300 с усредненной спектральной плотностью -13 дБм/нм в спектральной полосе 1250-1350 нм;

- D1500-LP с усредненной спектральной плотностью -30 дБм/нм в спектральной полосе 1415-1585 нм;

- D1550 с усредненной спектральной плотностью -12 дБм/нм в спектральной полосе 1510-1590 нм;

- Т870 с усредненной спектральной плотностью -13 дБм/нм в спектральной полосе 770-970 нм;

- Q940 с усредненной спектральной плотностью -20 дБм/нм в спектральной полосе 780-1080 нм;

- Q1350 с усредненной спектральной плотностью -16 дБм/нм в спектральной полосе 1270-1470 нм;

- Q1430 с усредненной спектральной плотностью -21 дБм/нм в спектральной полосе 1305-1555 нм.

В совокупности вышеперечисленные источники излучения перекрывают весь ближний ИК-диапазон спектра 770-1600 нм.

Заключение

1. Басов Н.Г. Нобелевская лекция 1964 г. - УФН, т. 85, №4, с. 585, (1965)

2. Алферов Ж.И. «История и будущее полупроводниковых гетероструктур», Физика и техника полупроводников, т. 32, №1, с. 3 (1998).

3. Kroemer II. Proc. JRE, v. 45, р. 1535 (1957); RCA Rev., v. 28, p. 3321957).

4. Прозоров О.Н., Ривлин JI.A., Якубович С.Д. «Протяженный полупроводниковый квантовый генератор с излучающей решеткой», Письма в ЖЭТФ, т. 12, с. 282 (1970).

5. Ступников В.А., Якубович С.Д. «Влияние конфигурации инжекционного суперлюминесцентного излучателя на характеристики излучения», Лазерная техника и оптоэлектроника, т. 11, №5, с. 62 (1978).

6. Курбатов Л.Н., Шахиджанов С.С., Быстрова Л.В., Карпухин В.В.,

7. Колоненкова С.И. Ф777, т. 5, №2, с. 2025 (1970). 7J Курбатов Л.Н., Шахиджанов С.С. - ФТП, т. 5, №2, с. 251 (1971).

8. Tamir Т. «Integrated Optics», New York, Spring-Verlag, p. 25, 1979.

9. Velez C., Occhi L., Raschle M. B. «Superluminescent LEDs. Enter themainstream», Photonics Spectra, v. 39, No 10, p. 90 (2005).

10. Alphonse G.A. «Design of high-power superluminescent diodes with low spectral modulation», Proc. SPIE, v. 4648, p. 125 (2002).

11. Liwei Fu, Heinz Schweizer, Yanshen Zhang, Lan Li, Baechle A.M., Jochum S., Bernatz G.C., and Hansmann S. «Design and realization of high-power ripple-free superluminescent diodes at 1300 nm», IEEE J. Quantum Electron., v. 40, No 9, p. 1270 (2004).

12. Wang C. S., Cheng W. H., Hwang C. J., Burns W. K., and Moeller R. P. "High-power low-divergence superradiance diode", Appl. Phys. Lett., v. 41, Issue 7, p. 587 (1982).

13. Dutta N. К., Deimel P. P. "Optical properties of a GaAlAs superluminescent diode", IEEE J. Quantum Electron., v. 19, No. 4, p. 496(1983).

14. Alphonse G. A., Gilbert D. В., Harvey M. G., and Ettenberg M. "High-■j power superluminescent diodes", IEEE J. Quantum Electron., v. 24,1. No. 12, p. 2454(1988).

15. N.S.K. Kwong, K.-Y. Lau, N. Bar-Chaim "High-power, high-efficiency GaAlAs superluminescent diodes with integral absorber for lasing suppression", IEEE J. Quantum Electron, QE-25, No. 4, p. 696 (1989).

16. K. Tateoka, H. Naito, M. Yuri, M. Kume, K. Hamada, H. Shimizu, M. Kazumura, and I. Teramoto "A high-power GaAlAs superluminescent diode with an antireflective window structure", IEEE J. Quantum Electron., v. 27, No. 6, p. 1568 (1991).

17. Takayama Т., Imafuji O., Kouchi Y., Yuri M., Yoshikawa A., and Itoh K. "100-mW high power angled-stripe superluminescent diodes with a new real refractive-index-guided self-aligned structure", IEEE J. Quantum Electron., v. 32, No. 11, p. 1981 (1996).

18. Semenov А.Т., Shidlovski V.R., Yakubovich S.D. "Highly effective non-cooled superluminescent diodes for high-temperature applications", OFC-11, Post Deadline Papers, Sapporo, Japan, May 1996.

19. Shidlovski V.R., Semenov A.T., Lipin M.E., Rafailov V.E., Shidlovski * Dm. R. «Study on temperature dependence of 820 nm SLEDperformance parameters», Proc. of SPIE, v. 3860, Fiber Optic Sensor

20. Technology and Applications (Michael A. Marcus, Brian Culshaw, Editors), Photonics East 1999, p. 495 (1999).

21. Шереметьев А.Г. "Волоконный оптический гироскоп", М.: Радио и связь, 1987.

22. Ashley P.R., Temmen M.G., and Mohan-Sanghadasa "Application of SLDs in Fiber Optical Gyroscopes", Proceedings of SPIE, v. 4648 (2002).

23. Борн M., Вольф Э. «Основы оптики», M., "Наука", 1970.

24. Semenov A.T., Shidlovski V.R., Safin S.A. "Wide-spectrum SQW superluminescent diodes at 0.8 цт with bent optical waveguide", Electron. Lett., v. 29, No. 10, p. 854 (1993).

25. Андреева E.B., Шраменко M.B., Якубович С.Д. «Двухпроходный суперлюминесцентный диод с клиновидным активным каналом», Квантовая Электроника, т. 32, №2, стр. 112 (2002).

26. Мамедов Д.С., Прохоров В.В., Якубович С.Д. «Широкополосные источники излучения в спектральной области 1550 нм на основе квантоворазмерных суперлюминесцентных диодов», Квантовая электроника, т. 33, № 6, стр. 511 (2003).

27. Gerard A. Alphonse, and Minoru Toda "Mode coupling in angled facet semiconductor optical amplifiers and superluminescent diodes", IEEE J. Lightwave Tech., v. 10, No.2, p. 215 (1992).

28. Iga K., Wakas K., and Kunikane T. "Mode reflectivity of tilted mirrors in semiconductor lasers with etched facets", Appl. Opt., v. 20, p. 2367 (1981).

29. Salzman J., Hawkins R. J., and Lee T. P. "Modal coupling in tilted-mirror waveguide lasers and amplifiers", Opt. Lett., v. 13, p. 455 (1988).

30. Nishimura E., Morita N., and Kumagai N. "Scattering of guided modes * caused by an arbitrarily shaped broken end in a dielectric waveguide",

31. EE Trans. Microwave Theory and Tech., v. MTT-31, p. 923 (1983).

32. Paoli T. L. "Waveguiding in a stripe-geometry junction laser", IEEE J. Quantum Electron., v. QE-13, p. 662 (1977).

33. Drexler W., Morgner U., Kartner F.X., Pitris C., Boppart S.A., Li X.D., Ippen E.P., and Fujimoto J.G. "In vivo ultrahigh-resolution optical coherence tomography", Optics Letters, Vol. 24, No. 17, p. 1221 (1999).

34. Semenov A.T., Batovrin V.K., Garmash I.A., Shidlovski V.R., Shramenko M.V., Yakubovich S.D. "(GaAl)As Single Quantum-Well Superluminescent Diodes with Extremely Low Coherence Length", Electron. Lett., v. 31, No. 4, p. 314 (1995).

35. Ledentsov N.N., Grundmann M., Heinrichsdorf F., Bimberg D., Ustinov V.M., Zhukov A.E., Maximov M.V., Alferov Zh.I., Lott J.A., "Quantum-Dot Heterostructure Lasers", IEEE Journ. of Sel. Topics in QE, v. 6, No. 3, p. 439 (2000).

36. Zhukov A. E., Kovsh A.R, Mikhrin S.S, Vasil'ev A.P., Semenova E. S., Maleev N. A., Ustinov V. M., Kulagina M. M., Nikitina E. V., Soshnikov I. P., Shernyakov Yu. M., Livshits D. A., Kryjanovskaya N.

37. Sun Z., Ding D., Gong Q., Zhou W., Xu В., Wang Z., "Quantum-dot superluminescent diode: a proposal for an ultra-wide output spectrum" Opt. and Quant. Electronics, v. 31, p. 1235 (1999).

38. Heo D.C., Song J.D., Choi W.J., Lee J.I., Jung J.C., Han I.K., "High power broadband TnGaAs/GaAs quantum-dot superluminescent diodes" Electron. Lett., v. 39, No. 11, p. 863 (2003).

39. Zhang Z.Y., Wang Z.G., Xu В., Jin P., Lin F.Q., "High-Performance Quantum-Dot Superluminescent Diodes." IEEE Photon Tech. Lett., v. 16, No. l,p. 27(2004).

40. Bakonyi Z., Su H., Onishchukov G., Lester L.F., Grey A.L., Newell T.C., Tunnermann A., "High-Gain Quantum-Dot Semiconductor Optical Amplifier.", IEEEJourn. ofQE, v. 39, No. 11, p. 1409 (2003).

41. Li L.H., Rossetti M., Fiore A., Occhi L., Velez C., "Wide emission spectrum from superluminescent diodes with chirped quantum dot multilayers.", Electron. Lett., v. 41, No. 1, p. 27 (2005).

42. Li L.H., Rossetti M., Fiore A., "Chirped multiple InAs quantum dot structure for wide spectrum device applications", Journ. of Crystal Growth, v. 278, p. 680 (2005).

43. Мамедов Д.С., Прохоров B.B., Якубович С.Д., «Широкополосные источники излучения в спектральной области 1550 нм на основе квантоворазмерных суперлюминесцентных диодов», Квантовая электроника, т. 39, №6, с. 471 (2003).

44. Very Wide Spectrum Multiquantum Well Superluminescent Diode at 1.5 цт", Electronics Letters, v. 28, No. 2, p. 132 (1992).

45. Андреева E.B., Шраменко M.B., Якубович С.Д., Труды 4-ого Российско-Белорусского семинара «Полупроводниковые лазеры и системы на их основе», с. 27, Минск (2002).

46. Голдобин И.С. и др., «Определение параметров инжекционных лазерных усилителей на основе GaAlAs-гетероструктур по характеристикам суперлюминесцентного излучения», Квантовая электроника, т. 9, с. 1264 (1982).

47. Yamatoya Т., Mori S., Koyama F., Iga К., "High-power GalnAsP/InP strained quantum well superluminescent diode with tapered active region", Jpn. J. Appl. Phys., v. 38, p. 5121 (1999).

48. Yamatoya Т., Sekiguchi S., Koyama F., Iga K., "High-power CW operation of GalnAsP/InP superluminescent light-emitting diode with tapered active region", Jpn. J. Appl. Phys., v. 40, L678 (2001).

49. Ouyang D., Ledentsov N. N., Bimberg D., Kovsh A. R., Zhukov A. E., b Mikhrin S. S., Ustinov V. M., Semicond.Sci. TechnoL, v. 18, L53 (2003).

50. Kwong N. S. "High-Power, Broad-Band 1550 nm Light Source by Tandem Combination of a Superluminescent Diode and an Er-Doped Fiber Amplifier", IEEE Photon. Tech. Lett., v. 4, No. 9, p. 996 (1992).

51. Baumgartner A., Hitzenberger C.K., Sattmann H., Drexler W., and Fercher A.F., J. Biomed Opt., No. 3, p. 45 (1998).

52. Schmitt J. M., Lee S. L., and Yung К. M. "An optical coherence microscope with enhanced resolving power", Opt. Commun., v. 142, p. 203 (1997).

53. Мамедов Д. С., Прохоров В. В., Якубович С. Д. «Сверхширокополосный мощный суперлюминесцентный диод с длиной волны излучения 920 нм», Квантовая электроника, т. 33, №6, с. 471 (2003).