автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Широкополосные источники оптического излучения на основе полупроводниковых суперлюминесцентных диодов

На правах рукописи

МАМЕДОВ Дмитрий Сергеевич

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СУПЕРЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ДИОДОВ

05.27.01 -Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

МОСКВА-2004

Работа выполнена в Московском Государственном Институте Электроники и Математики (Техническом Университете)

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

кандидат химических наук, профессор Григорьев Фёдор Иосифович

доктор физико-математических наук, профессор Якубович Сергеи Дмитриевич

доктор технических наук, профессор Васильев Михаил Григорьевич

кандидат физико-математических наук, Голдобин Игорь Степанович

Ведущая организация:

Физический Институт им. П.Н. Лебедева Российской Академия Наук

Защита состоится 25 мая 2004 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212.133.05 Московского Государственного Института Электроники и Математики (Технического Университета) по адресу: 109028, Москва, Б. Трехсвятительский пер., д. 1-3/12, стр. 8

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Института Электроники и Математики (Технического Университета)

Автореферат разослан "/7" апреля 2004 г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы работы. Создание, разработка и производство широкополосных источников оптического излучения является весьма актуальной и перспективной задачей, имеющей большое научное и практическое значение. В последнее время интенсивно развиваются такие научные и прикладные направления как волоконно-оптическая гироскопия, оптическая когерентная томография, интерферометрия «белого света», рефлек-тометрия, телекоммуникационные системы, лазеры с перестраиваемой длиной волны, усовершенствуется различное измерительное и тестовое оборудование - в частности для характеризации пассивных оптических компонентов, волоконно-оптических линий связи. Всё это, в свою очередь, находит широкое применение в различных областях жизнедеятельности человека - таких как медицина и медицинская диагностика, опто- и телекоммуникации, сети, навигация, производство и производственный контроль и мн. др. Общим важнейшим параметром источников оптического излучения в вышеперечисленных областях и направлениях является их широкополосность (малая когерентность). Кроме того, новые перспективы развития и потенциальные возможности данных научно-технических, производственных и прикладных направлений, не реализованные до сих пор, неуклонно диктуют и предъявляют всё новые и возрастающие требования на выходные параметры используемых источников оптического излучения. В первую очередь эти требования касаются спектральной ширины линии излучения, т.к. именно с ней связана разрешающая способность и выходные параметры большинства из вышеперечисленных направлений (томография, гироскопия, рефлектометрия). Таким образом, создание новых оптических приборов — широкополосных источников оптического излучения, сочетающих в себе такие достоинства как широкий спектр излучения и достаточный уровень выходной мощности (плотности мощности) излучения, позволяет значительно расширить потенциальные возможности и границы указанных областей применения.

На сегодняшний день в мире ведутся активные научные разработки подобных приборов, часть из которых уже широко представлена на рынке оптоэлектроники. При этом данные приборы обладают широким диапазоном как выходных параметров излучения (мощность, спектральный состав, форма спектра излучения и др.), так и принципов их действия вообще, а также диапазоном цен, имеют характерные преимущества и недостатки. По принципу действия широкополосные источники излучения, известные на данный момент, можно разделить на несколько типов (классов), к одному из которых относятся суперлюминесцентные диоды (СЛД) -оптические усилители собственного (спо * зготавли-

ваемые на основе полупроводниковых гетероструктур, аналогичных тем, которые используются и для создания лазерных диодов.

В связи с изложенной актуальностью проблемы создания широкополосных источников оптического излучения - «источников белого света», а также с учётом достоинств суперлюминесцентных диодов по сравнению с другими широкополосными оптическими приборами, представляется перспективным, целесообразным и экономически выгодным решение этой проблемы на базе и с помощью именно СЛД.

Цель данной работы состояла в исследовании, разработке и внедрении в производство широкополосных источников оптического излучения на базе полупроводниковых гетероструктур и суперлюминесцентных диодов на их основе, превосходящих по своим выходным параметрам аналогичные приборы, известные и описанные в литературе, а также представленные в виде коммерчески доступных вариантов на момент написания работы.

В соответствии с методологией достижения цели данной работы, предполагающей три возможных направления исследований: технологическое направление, связанное с усовершенствованием и варьированием составов активных слоев гетероструктур, оптимальным выбором между различными типами гетероструктур; конструкционное направление, связанное с усовершенствованием и модернизацией активного элемента, вол-новедущего канала излучателя, с нанесением на торцевые грани или интеграцией с излучателем специальных отражающих покрытий; а также направление, связанное с объединением излучения различных источников, в задачу диссертационной работы входило:

1. Проведение сравнительного анализа спектральных параметров (спектральный состав излучения, центральная длина волны, ширина спектра излучения) и мощностных параметров суперлюминесцентных диодов в зависимости от входных рабочих параметров и условий эксплуатации СЛД (ток накачки, температура, конфигурация активного канала распространения света) для различных типов гетероструктур.

2. Исследование и выбор оптимальных (с точки зрения возможности получения максимально широкого контура усиления) гетероструктур и разработка на их основе СЛД и светоизлучающих модулей с оптимизированными рабочими параметрами с целью получения оптимального соотношения спектральных и мощностных параметров в различных диапазонах длин волн излучения.

3. Разработка теоретической модели двухпроходного СЛД со спектрально-селективным отражателем на заднем торце излучателя, рас-

смотрение принципов работы и оптимизация спектральных характеристик таких приборов.

4. Разработка двухсекционной конструкции СЛД и создание на её основе СЛД и светоизлучающих модулей. Исследование спектральных и мощностных зависимостей двухсекционных СЛД, определение реализуемых диапазонов изменения выходных параметров.

5. Разработка широкополосного источника оптического излучения на основе объединения излучения различных СЛД:

• Разработка широкополосных волоконных оптических разветви-телей различных типов на различные спектральные диапазоны;

• подбор оптимальных комбинаций СЛД и их рабочих параметров и объединение излучения этих приборов с помощью разработанных оптических волоконных разветвителей.

Научная новизна работы.

1. Реализованы СЛД- светоизлучающие модули спектрального диапазона 920 нм на основе однослойной (InGa)As квантоворазмерной ге-тероструктуры (КРС) с градиентным волноводом, ширина спектра излучения которых (по уровню 0.5) достигает 100 нм.

2. Реализованы СЛД- светоизлучающие модули спектрального диапазона 810 нм на основе однослойной (InGa)As КРС со ступенчатым волноводом, ширина спектра излучения которых (по уровню 0.5) достигает 85 нм.

3. Реализованы СЛД- светоизлучающие модули спектрального диапазона 1550 нм на основе (InGa)PAs КРС с четырьмя активными слоями, ширина спектра излучения которых (по уровню 0.5) превышает 130 нм.

4. Разработана и экспериментально проверена теоретическая модель двухпроходного СЛД со спектрально-селективным отражателем, наглядно демонстрирующая, что в случае реализации такого прибора возможно значительное увеличение ширины спектра излучения по сравнению с традиционным однопроходным СЛД наряду с увеличением мощности излучения. Рассмотрены варианты реализации подобных приборов с помощью конструкций двухпроходного СЛД с искривлённым волноводом или однопроходного СЛД с внешним отражателем со стороны заднего торца излучателя.

5. Реализованы светоизлучающие СЛД- модули спектрального диапазона 950нм на основе двухслойной (InGa)As КРС с двухсекционной конструкцией излучателя, позволяющей использовать пространственно-неоднородную инжекцию. Продемонстрирована возможность реализации широкого диапазона мощностных параметров при ширине

спектра излучения, превышающей значения для односекционного прибора при той же плотности тока накачки.

6. Реализованы широкополосные источники оптического излучения различных спектральных диапазонов на основе объединения излучения различных специально подобранных комбинаций СЛД- модулей с помощью широкополосных оптических разветвителей. В рамках данного направления разработана и реализована конструкция широкополосного оптоволоконного Y- разветвителя микрооптического типа, рассчитанного на спектральный диапазон 750 - 1100 нм, на основе градиентных микролинз и полупрозрачных зеркал.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что в ней продемонстрированы возможности, а также предложены пути и направления реализации широкополосных источников оптического излучения на базе суперлюминесцентных диодов, изготовленных на основе полупроводниковых гетероструктур различного типа, различных спектральных диапазонов, по своим выходным спектральным и мощностным параметрам значительно превосходящих серийно выпускаемые приборы данного класса. Полученные практические результаты основывались (концентрировались) на исследованиях по трём направлениям: технологическое направление (изготовлены полупроводниковые структуры и СЛД- свето-излучающие модули на их основе различных спектральных диапазонов, позволяющие реализовывать широкую полосу выходного излучения); конструкционное направление (разработана и экспериментально проверена теоретическая модель двухпроходных СЛД со спектрально-селективным отражателем, исследованы двухсекционные СЛД с возможностью пространственно-неоднородной инжекции, проведена оптимизация конструкционных и рабочих параметров СЛД с целью достижения наилучшего соотношения ширины спектра и мощности излучения); объединение излучения различных СЛД (реализованы широкополосные источники излучения на основе объединения излучения СЛД- светоизлучающих модулей с помощью оптических разветвителей с широкими диапазонами выходных параметров). 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» коммерчески реализованы новые классы серийно выпускаемых и перспективных с практической точки зрения СЛД- светоизлучающих модулей SLD-37-MP/HP, SLD-47-MP/HP, SLD-47-HP-G, SLD-76-LP. Кроме того, на основе описанных в данной работе результатов по объединению источников излучения, компания ООО «Суперлюминесцентные Диоды» выпустила на рынок оптоэлектроники принципиально

новый тип прибора на основе объединения нескольких СЛД с помощью широкополосных оптоволоконных разветвителей, получившего коммерческое название ,,BroadLighter,, (категории D-830-HP, D-890-HP, D-930-HP, D-1300-HP, D-1500-LP, D-1550-MP/HP).

На защиту выносятся следующие положения:

1. На основе однослойной КРС с (1пОа)А активным слоем (6 нм) и градиентным волноводом возможна реализация СЛД и светоизлу-чающих модулей на их основе, обладающих шириной спектра излучения ~100 нм при длине волны излучения 920 нм. Выходная мощность излучения, выводимая через одномодовый волоконный световод в определённых рабочих режимах может достигать 10мВт в условиях непрерывной инжекции.

2. На основе однослойной КРС с (1пОа)А активным слоем (7 нм) и симметричным ступенчатым волноводом возможна реализация СЛД и светоизлучающих модулей на их основе, обладающих шириной спектра излучения - 74 - 86 нм при длине волны излучения 810 нм. Выходная мощность излучения, выводимая через одномодовый волоконный световод в определённых рабочих режимах может достигать 3.5 мВт в условиях непрерывной инжекции.

3. На основе КРС с четырьмя активными слоями разделёнными тремя квантоворазмерными барьерными слоями (1п-ваАяР), и с широкими волноводными слоями (п-1пР и р-1пР) возможно создание СЛД и светоизлучающих модулей на их базе с шириной спектра излучения (по уровню 0.5), превышающей в определённых рабочих режимах 130 нм в спектральном диапазоне 1550 нм.

4. Теоретическая модель двухпроходных СЛД со спектрально-селективным отражателем на заднем торце излучателя, а также полученные экспериментальные данные, показывают, что при реализации таких приборов возможно значительное расширение спектральной ширины линии излучения, а также дополнительный выигрыш по мощности излучения по сравнению с однопроходными СЛД.

. 5. С помощью двухсекционных СЛД с пространственно-неоднородной инжекцией возможна реализация широкого диапазона мощностей излучения прибора при относительно постоянной (слабо изменяющейся) ширине спектра, соответствующей выровненным интенсивностям спектральных пиков, обусловленных переходами между различными квантовыми состояниями. Так, с помощью двухслойной (1пОа)А КРС спектрального диапазона 950 нм возможно создание СЛД с двухсекционной конструкцией активного элемента, а также светоизлучающих модулей на их основе, с мощностью излучения на выходе одномодо-вого волокна, которая может варьироваться в зависимости от токов

накачки секций в пределах 0.5 - 10мВт при ширине спектра излучения (по уровню 0.5) от 70 до 90 км, что значительно превышает выходные параметры, характерные для традиционных односекционных СЛД на основе этих же структур и при тех же плотностях токов накачки.

6. С помощью разработанных в рамках диссертационной работы и серийных широкополосных волоконных оптических разветвителей, рассчитанных на различные спектральные диапазоны, возможно объединение излучения нескольких СЛД с перекрывающимися спектрами излучения и создание на их основе широкополосного источника комбинированного оптического излучения. При этом выходные параметры таких приборов (мощность излучения, спектральный состав излучения, ширина спектра) могут варьироваться в широких пределах в зависимости от технических требований и определяются и ограничиваются лишь конкретной комбинацией СЛД- модулей: - на основе объединения излучения двух СЛД, один из которых изготовлен на основе (АЮа)Аз двойной гетероструктуры с раздельным ограничением (РО ДГС) с шириной активного слоя 25 нм, а другой на основе однослойной квантоворазмерной гетерострукту-ры (КРС) с активным ваАз слоем толщиной 10 нм возможна реализация комбинированного источника света, ширина спектра излучения которого (по уровню 0.5) достигает 71 нм при медианной длине волны 826 - 832 нм и мощности излучения на выходе одно-модового волоконного световода (на выходе оптического развет-вителя) 3-4 мВт;

- на основе объединения излучения двух СЛД, изготовленных на базе однослойной (1пОа)Аз КРС с градиентным волноводом и толщиной активного слоя 6 нм и (АЮа)Аз КРС с активным ваАз слоем толщиной Юнм возможна реализация комбинированного источника света, обладающего шириной спектра (по уровню 0.5) 145-152 нм при медианной длине волны, лежащей в спектральной области 890 - 898 нм, и мощностью излучения на выходе волокошгго раз-ветвителя 3 - 5.5 мВт;

- на основе объединения излучения трёх СЛД, изготовленных на базе однослойной (АЮа)А КРС с толщиной активного слоя 7 нм, (АЮа)Аз РО ДГС с толщиной активного слоя 25 нм, а также однослойной (1пОа)Аз КРС с градиентным волноводом и толщиной активного слоя бнм возможна реализация спектра излучения, обладающего шириной (по уровню 0.5) 195 - 200 нм, медианной длиной волны 865 - 870 нм и мощностью на выходе волоконного разветви-теля 3-4 мВт;

- на основе объединения излучения двух СЛД, изготовленных на базе РО ДГС в системе (Оа1п)РАз с толщинами активных слоев 80 нм

в зависимости от выбора рабочих параметров и режимов эксплуатации для приборов, возможна реализация широкого диапазона мощностей излучения на выходе разветвителя, лежащих в пределах 4-10.5 мВт, при ширине спектра (по уровню 0.5) 58 - 63 нм и медианной длине волны 1290 - 1305 нм; на основе объединения излучения двух СЛД, изготовленных на базе (AlGa)InAs четырёхслойной КРС с толщинами активных слоев 5 нм, разделённых тремя барьерными слоями толщиной 10 нм, а также на основе (Galn)PAs PO ДГС с толщиной активного слоя 80 нм, возможна реализация комбинированного источника излучения спектрального диапазона 1290 - 1305 нм с шириной спектра (по уровню 0.5) 85 - 90 нм и мощностью излучения на выходе развет-вителя 4-6 мВт;

- на основе объединения излучения двух СЛД изготовленных на базе четырёхслойной (GaIn)PAs КРС с толщиной активных слоев 7 нм, разделённых между собой квантоворазмерными барьерными слоями толщиной 9 нм, а также однослойной (Galn)PAs КРС с нелегированным активным слоем толщиной 9 нм возможна реализация широкополосного комбинированного источника света спектрального диапазона 1490 - 1510нм, обладающего шириной спектра (по уровню 0.5) 160 - 175 нм и мощостью на выходе разветви-теля 0.08 - 0.15 мВт;

- на основе объединения излучения двух СЛД, изготовленных на базе двух четырёхслойных (GaIn)PAs КРС с толщинами активных слоев 7 нм, разделённых между собой барьерными слоями толщиной 9 нм, возможна реализация источника комбинированного излучения спектрального диапазона 1540 — 1560 нм, обладающего мощностью излучения на выходе оптического разветвителя 2-3.5 мВт при ширине спектра (по уровню 0.5) 75 - 85 нм.

Публикации по теме работы. Материал диссертации опубликован в 9 печатных работах, список которых приведён в заключительной части автореферата.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, трех приложений, списка литературы (116 наименований). Полный объём диссертации составляет 222 страницы, включая 54 рисунков, 11 таблиц и 2 протокола исследования гетероэпи-таксиальных структур.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цель работы и задачи исследования, научная новизна работы, практическая ценность результатов работы, положения диссертационной работы, выносимые на защиту, список опубликованных работ, содержащих материалы диссертации.

Суперлюминесцентные диоды - это оптические усилители собственного (спонтанного) излучения, изготавливаемые на основе полупроводниковых гетероструктур, аналогичных тем, которые используются для создания лазерных диодов. Выходное же излучение СЛД - это усиленное спонтанное излучение, образующееся в результате спонтанных и стимулированных актов электронно-дырочной рекомбинации в активных слоях полупроводниковой гетероструктуры.

К несомненным достоинствам этого типа приборов следует отнести и малые геометрические размеры, позволяющие легко интегрировать такие приборы в сложную аппаратуру, низкую потребляемую мощность, возможность получения большой выходной оптической мощности (а следовательно и спектральной плотности мощности) излучения (до 100 -150мВт в непрерывном режиме инжекции), сравнимой с мощностями полупроводниковых лазеров, высокую эффективность ввода такого излучения в оптические волоконные световоды; при этом для СЛД характерен широкий спектр излучения (до 170нм), сравнимый по ширине со спектром светодиодов, малая спектральная модуляция излучения, обусловленная остаточными (паразитными) отражениями. К достоинствам этого типа приборов можно отнести также возможность получения широкого набора реализуемых спектральных диапазонов, характерных для полупроводниковых структур вообще, возможность амплитудной модуляции излучения посредством модуляции тока накачки, возможность работы прибора в непрерывном режиме при комнатной температуре, долговечность приборов (гарантируемая наработка в режиме поддержания постоянного тока достигает 100 000 часов), а также относительно низкую стоимость данного класса приборов. Недостатками же СЛД являются их высокая чувствительность к обратным связям по излучению и сильные температурные зависимости мощностных, спектральных и поляризационных характеристик излучения. Но, несмотря на это, благодаря своим достоинствам, а также по соотношению «цена - качество» в сравнении с другими приборами (широкополосными источниками света), СЛД стали на сегодняшний день основными источниками оптического излучения во всех вышеперечисленных областях применения. Конструкция традиционного однопроходного СЛД с закошенным волноводом представлена на Рис.1.

Рис. 1 Конструкция традиционного однопроходного СЛД с закошенным волноводом - длина активного канала излучателя; у> - ширина волновода; ток инжекции; Роит • выходное оптическое излучения; АОП

В Главе 1 «Суперлюминесцентные диоды - широкополосные источники оптического излучения» дано рассмотрение технологических аспектов производства СЛД; на основе обзора и анализа литературы дано теоретическое рассмотрение ряда вопросов, связанных с оптическим усилением в полупроводниковых диодных структурах, приведён краткий обзор применяемых для производства СЛД типов гетероструктур; рассмотрены теоретические аспекты транспорта носителей заряда в слоях полупроводниковой диодной структуры. Кроме того, рассмотрен ряд вопросов формирования волновода и волноводных свойств полупроводниковых диодных структур. Намечен общий подход к вопросам оптимизации волноводов, их конструкционных особенностей. Рассмотрены теория и принцип работы СЛД, даны понятия и определения основных рабочих параметров прибора. На основе этого выработаны основные критерии оптимизации конструкции, а соответственно и выходных параметров СЛД. Дан обзор основных выходных параметров СЛД, их зависимостей от режимов работы (входных параметров). Приведён литературный обзор аспектов ушире-ния полосы излучения СЛД. Приведены рекордные параметры реализованных спектров излучения СЛД, опубликованные на момент написания работы, приведены описания ряда оригинальных концептуальных подходов к решению задачи уширения спектра излучения. Приведён обзор основных областей применения СЛД, где данные приборы используются в качестве источника оптического излучения.

В Главе 2 «Разработка широкополосных суперлюминесцентных диодов на основе полупроводниковых гетероструктур» Исследованы и описаны физические характеристики СЛД на основе однослойной кванто-воразмерной гетероструктуры с (1^а)А§- активным слоем (6 нм) и градиентным волноводом. В зависимости от длины активного канала СЛД в режиме пространственно-однородной инжекции мощность излучения на выходе одномодового волоконного световода составляла 1-10 мВт при ши-

антиотражающее покрытие).

рине спектра 100 - ПО нм. Типичные Ватт-амперные характеристики и эволюция спектра излучения СЛД на основе данной структуры с током накачки приведены на Рис.2. По своим выходным параметрам данные приборы заметно превосходят как серийно выпускаемые СЛД данного класса, так и лабораторные образцы с рекордными значениями указанных параметров. Кроме того, данные приборы, как представляется, весьма перспективны с точки зрения их дальнейшего практического использования в системах оптической когерентной томографии.

гА~

f-K

ч /ал**

é 4i

ИМПМММНММ И» »Я I • К |Я Ш М М W in W ш

з) ' Дпиммпщмм ТмщпиииицШ

Рис- 2 Спектры выходного излучения СЛД на основе однослойной КРС с (InGa)As активным слоем (6 нм) и градиентным волноводом, с длиной активного канала ¿.=800 мкм при разных токах инжекции (а): кривые 1, 2, 3 - токи инжекции составляют 250,323,400 мА соответственно; и ватт-амперные характеристики СЛД при разных длинах активного канала Z, (б): кривые 1, 2, 3, 4- ¿„=600,700, 800,900 мкм соответственно.

Исследованы и описаны физические характеристики СЛД на основе однослойной квантоворазмерной гетероструктуры с (InGa)As- активным слоем (7 нм) и симметричным ступенчатым волноводом. Так, для данных СЛД в определённых рабочих режимах и длинах активного канала излучателей удалось реализовать мощность выходного оптического излучения из одномодового волоконного световода, равную 3.5 мВт; спектральная ширина (по уровню 0.5) линии излучения лежала в диапазоне 74 — 86 нм (в зависимости от длины активного канала), а медианная длина волны излучения располагалась в области 810 нм, что соответствует длине когерентности - 7.7 - 8.9 мкм. Типичные спектры излучения СЛД (£„=600 и 1000 мкм) представлены на Рис.3. Данные приборы также представляют интерес для оптической когерентной томографии.

Кроме того, в данной главе исследованы и описаны физические характеристики СЛД спектрального диапазона длин волн 1450 - 1650 нм на основе многослойной (InGa)PAs- гетероструктуры. В определённых рабочих режимах ширина спектров излучения этих приборов превышает 120 нм по уровню 0.5. На выходе одномодового волоконного световода спектральная плотность выходной мощности обеспечивалась на уровне свыше

минус 45 дБм/нм в спектральной полосе более 200 нм в режиме пространственно-однородной инжекции. Типичные ватт-амперные характеристики излучения СДЦ с различными длинами активного канала L, на основе данной структуры, а также типичный спектр для СЛД с /,„=600 мкм представлены на Рис. 4. Практическое использование данных приборов, как представляется, является перспективным в области метрологического обслуживания оптических телекоммуникационных систем со спектральным уплотнением каналов (WDM- систем).

В данной главе также описана теоретическая модель двухпроход-ного СЛД со спектрально-селективным отражателем, разработанная в

рамках данного исследования. Одним из подходов к реализации уширения спектра излучения СЛД является обеспечение спектрально-селективного отражения излучения от торцевых граней прибора. Очевидно, что при использовании специально подобранных и рассчитанных широкополосных отражателей можно получить любую ширину спектра выходного сигнала, определяемую (ограниченную) лишь шириной контура оптического усиления данного СЛД. Это наводит на мысль о создании двухпроходного СЛД со спектрально-селективным отражателем. Дополнительным преимуществом такого типа СЛД перед однопроходным является выигрыш в выходной мощности излучения.

При этом выражение для коэффициента отражения спектрально-селективного отражающего покрытия может быть записано в виде:

Г^если^!

2 ' 1 1,еслий'> 1

(2)

где Я,(Л ) - плотность мощности излучения СЛД, соответствующая однопроходному усилению; ХРЫК - «пиковая» длина волны излучения, соответствующего однопроходному усилению; - длина волны излучения в свободном пространстве; g(Л) - коэффициент оптического усиления; а коэффициент диссипативных потерь; - длина активного канала (волновода).

При учёте обратных отражений от передней грани (Д,)> плотность мощности выходного излучения с переднего торца прибора (спектр излучения) описывается выражением:

¿„(А) (01-1Х1-Д,ХД.О,+1)

5(А) = А

г{Х)-а 1 + к1 -гксо^грь,)

(3),

где А - коэффициент, зависящий от поперечных размеров усилителя, его волноводных свойств и пропускания выходного торца; - плотность

мощности спонтанного излучения; - однопроходное оптическое усиление - константа фазового распространения активного волновода - эффективный показатель преломления волновода.

Пример расчётного контура отражения спектрально-селективного отражателя, а также расчётного спектра излучения двухпроходного СЛД со спектрально-селективным отражающим покрытием (с учётом отражений от обоих граней прибора - построенные с помощью данной модели, представлены на Рис. 5.

Рис. 5 Расчётный контур отражения спектрально-селективного отражателя (СОП) (а) и соответствующий расчётный спектр СЛД со спектрально селективным отражателем (б) ( Н,=10"6, ] = 8.3 к А/см1 - плотность тока ин-

жекции).

Наглядно продемонстрировано, что создание такого прибора позволит значительно увеличить ширину спектра излучения суперлюминесценции наряду с выигрышем в выходной мощности излучения по сравнению с традиционными однопроходными СЛД.

Предложенная модель может быть легко модифицирована в зависимости от требований и ограничений (в частности на величину остаточной спектральной модуляции излучения), накладываемых на подобный прибор. Предложены некоторые варианты практической реализации прибора со спектрально-селективным покрытием. На основе экспериментально полученных результатов продемонстрирована корректность и работоспособность данной теоретической модели для описания двухпроходных СЛД со спектрально-селективным отражателем.

В заключение данной главы приводятся результаты исследования СЛД с двухсекционной конструкцией активного элемента и пространственно-неоднородной инжекцией, а также светоизлучающие модули на их основе спектрального диапазона 950 нм на базе двухслойной InGaAs ^С Проведено сравнение параметров таких приборов и традиционных одно-секционных СЛД, изготовленных на основе той же структуры. Экспериментально продемонстрирована возможность реализации широкого диапазона мощностей излучения для двухсекционных СЛД при относительно постоянной ширине спектра, соответствующей выровненным спектральным максимумам, обусловленным выраженным «квантоворазмерным эффектом» в КРС, а также возможность плавной перестройки выходных параметров излучения таких приборов в широком диапазоне, что является несомненным преимуществом по сравнению с традиционными односек-ционными СЛД. Типичные спектры излучения данных приборов при выровненных спектральных максимумах и соответствующие им реализованные выходные мощности излучения представлены на Рис.б.

Рис. 6 Спектры излучения двухсекционных СЛД на основе двухслойной (1гЮа)Аз КРС в различных режимах накачки при выровненных спектральных максимумах и соответствующие этим режимам мощности излучения на выходе одномодового волокна.

В Главе 3 «Широкополосные источники света на основе объединения излучения различных суперлюминесцентных диодов» дано рассмотрение технологических аспектов создания широкополосного источника света на основе объединения излучения различных СЛД с помощью широкополосных волоконно-оптических разветвителей; дан обзор различных типов оптических разветвителей и ответвителей, рассмотрены их основные параметры, основные преимущества и недостатки, основы технологии производства. Приведены экспериментальные данные по разработке и созданию широкополосного волоконного микрооптического 50/50 Y- разветвителя оригинальной конструкции; рассчитанного на спектральный диапазон 750 - 1100 нм, на основе стержневых градиентных линз и ширококполосного полупрозрачного отражающего покрытия (зеркала). Приведены экспериментальные данные по разработке и реализации широкополосных источников оптического излучения различных спектральных диапазонов на основе объединения излучения специально подобранных комбинаций различных СЛД- модулей с помощью широкополосных волоконных разветвителей. Простейшие принципиальные схемы таких источников излучения представлены на Рис. 7. Использование различных комбинаций СЛД позволило получить широкий диапазон спектральных и мощностных характеристик на выходе подобных приборов, значительно превышающих параметры «одиночных» СЛД.

Объелммеым« щл^иним с помощью ! Объвчпнвмм« плучимя с помощью

Рнс.7 Принципиальные схемы реализации широкополосных источников света на основе объединения двух СЛД с помощью Х- или У- разветвите-

ля.

В Заключение сформулированы основные результаты и выводы по

работе.

В Приложении А приведена схема технологического цикла изготовления традиционных СЛД с пространственно-однородной инжекцией.

В Приложении В представлены руководство пользователя и инструкция по эксплуатации широкополосного источника света "BшadLighter" на основе объединения различных СЛД с помощью оптических разветви-телей. Данный вариант коммерчески реализованного продукта был создан на базе исследований по объединению излучения СЛД, проведённых и описанных в данной работе.

В Приложении С представлен акт практического использования результатов диссертационной работы на производстве (ООО «Суперлюминесцентные Диоды» - Россия - Москва).

Основные результаты и выводы

1. На основе литературных данных дано теоретическое описание основных оптико-физических характеристик СЛД, рассмотрены вопросы оптимизации конструкции СЛД. Описаны основные современные технологические методы изготовления СЛД.

2. Исследованы физические характеристики СЛД на основе однослойной квантоворазмерной гетероструктуры с (InGa)As- активным слоем (6 нм) и градиентным волноводом. В зависимости от длины активного канала СЛД в режиме пространственно-однородной инжекции мощность излучения на выходе одномодового волоконного световода составляла 1 -10 мВт при ширине спектра 100 - 110 нм и длине волны излучения 920 нм. На базе исследованных излучателей изготовлены образцы СЛД све-тоизлучающих модулей. По своим выходным параметрам данные приборы заметно превосходят как серийно выпускаемые СЛД данного

класса, так и лабораторные образцы с рекордными значениями указанных параметров. Данные приборы являются перспективными с точки зрения их дальнейшего использования в системах оптической когерентной томографии.

3. Исследованы физические характеристики СЛД на основе однослойной квантоворазмерной гетероструктуры с (InGa)As- активным слоем (7 им) и симметричным ступенчатым волноводом. Для данных СЛД в определённых рабочих режимах и длинах активного канала излучателей удалось реализовать мощность выходного оптического излучения из одно-модового волоконного световода, равную 3.5 мВт; спектральная ширина (по уровню 0.5) линии излучения лежала в диапазоне 74 - 86 нм (в зависимости от длины активного канала), а медианная длина волны излучения располагалась в области 810 нм, что соответствует длине когерентности 7.7 -8.9 мкм. На базе исследованных излучателей изготовлены образцы СЛД светоизлучающих модулей. Практическое использование данных приборов также может представлять интерес в области оптической когерентной томографии.

4. Исследованы физические характеристики СЛД в диапазоне длин волн 1450 - 1650 нм на основе многослойной (InGa)PAs- гетероструктуры. В определённых рабочих режимах ширина спектров излучения этих приборов превышает 120 нм по уровню 0.5. На основе исследованных СЛД изготовлены экспериментальные образцы светоизлучающих модулей с выходными одномодовыми волоконными световодами, обладающие спектральной плотностью выходной мощности свыше минус 45 дБм/нм в спектральной полосе более 200 нм в режиме пространственно-однородной инжекции. Практическое использование данных приборов является перспективным в области метрологического обслуживания оптических телекоммуникационных систем со спектральным уплотнением каналов (WDM- систем).

5. Разработана теоретическая модель двухпроходного СЛД со спектрально-селективным отражателем. Продемонстрировано, что создание такого прибора позволит значительно увеличить ширину спектра излучения суперлюминесценции наряду с выигрышем в выходной мощности излучения по сравнению с традиционными однопроходными СЛД. Данная модель может быть модифицирована в зависимости от технических требований и ограничений, в частности, на величину остаточной спектральной модуляции излучения. Предложены варианты практической реализации такого СЛД со спектрально-селективным покрытием. На основе экспериментально полученных результатов продемонстрирована корректность и работоспособность данной теоретической модели для описания поведения, а также количественного и качественного мо-

делирования двухпроходных СЛД со спектрально-селективным отражателем.

6. Исследованы двухсекционные СЛД с пространственно-неоднородной инжекцией, а также светоизлучающие модули на их основе спектрального диапазона 950 нм на базе двухслойной InGaAs КРС. Проведено сравнение параметров таких приборов и традиционных односекцион-ных СЛД, изготовленных на основе той же структуры. Экспериментально продемонстрирована возможность реализации широкого диапазона мощностей излучения при практически постоянной ширине спектра, соответствующей выровненным спектральным максимумам, обусловленным переходами между различными квантовыми состояниями.

7. Приведены экспериментальные данные по разработке и реализации широкополосных источников оптического излучения различных спектральных диапазонов на основе объединения излучения специально подобранных комбинаций различных СЛД- модулей с помощью широкополосных волоконных разветвителей. Использование различных комбинаций СЛД позволило получить широкий диапазон выходных спектральных и мощностных характеристик, значительно превышающих параметры «одиночных» СЛД. Варьирование входными параметрами СЛД, а также включение в оптическую схему прибора-«комбайнера» дополнительных настроечных оптических элементов, таких как оптические аттенюаторы, позволяет перестраивать в некоторых пределах выходные параметры подобных комбинированных источников излучения.

Публикации автора по теме работы

1. Д.С. Мамедов "Исследование температурных зависимостей мощност-ных и поляризационных характеристик излучения суперлюминесцентных диодов на основе (GaAl)As гетероструктур", Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов, посвященная 40-летию МИЭМ, тезисы докладов, Москва: МИЭМ, стр. 287289,2002.

2. 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. 593-596,2002.

3. Д.С. Мамедов, П.А. Лобинцов "Широкополосные суперлюминесцентные диоды с пространственно неоднородной инжекцией спектрального диапазона 950 нм на основе полупроводниковых квантоворазмерных гетероструктур", Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, тезисы докладов, Москва: МИЭМ, стр. 364-366,2003.

fl - 7 7 5 2

4. D.S. Mamedov, V.V. Prokhorov, S.D. 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.

5. 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. 471-473, 2003

6. Д.С. Мамедов, В.В. Прохоров, С.Д. Якубович "Широкополосные источники излучения в спектральной области 1550 нм на основе кванто-воразмерных суперлюминесцентных диодов", Квантовая электроника, Т. 33, № 6, стр. 511-514,2003.

7. Ю.Ю. Козлов, Д.С. Мамедов «Широкополосные источники оптического излучения на основе двухпроходных суперлюминесцентных диодов со спектрально-селективным отражателем», Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, тезисы докладов, Москва: МИЭМ, стр. 364 - 366,2004.

8. П.А. Лобинцов, Д.С. Мамедов, В.В. Прохоров, А.Т. Семёнов, С.Д. Якубович «Мощные суперлюминесцентные диоды с неинжектируемыми выходными секциями», Квантовая электроника, Т.34, №3, стр. 209-212, 2004.

9. 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. 206-208, 2004.

Подписано к печати "29 ' 03 2004 г. Отпечатано в типографии МИЭМ. Москва, ул. М. Пионерская, 12 Заказ № 61 Объем <.0 п.л. Тираж 400 экз.

Список основных обозначений.

Введение.

Глава 1. Суперлюминесцентные диоды - широкополосные источники оптического излучения.

§1.1. Технологические аспекты создания суперлюминесцентных диодов.

§1.2. Оптическое усиление в полупроводниках.

1.2.1. Типы полупроводниковых диодных гетероструктур.

1.2.2. Транспорт носителей заряда в полупроводниковых гетероструктурах.

1.2.3. Волноводные свойства оптоэлектронных светоизлучающих полупроводниковых приборов.

1.2.4. Оптическое усиление в полупроводниковых приборах. ы 1.2.5. Основные требования и критерии, предъявляемые к суперлюминесцентным диодам с низкой спектральной модуляцией.

1.2.6. Оптимальная конструкция активного элемента суперлюминесцентного диода.

§1.3. Основные выходные параметры суперлюминесцентных диодов.

§1.4. Способы уширения полосы излучения суперлюминесцентных диодов.

Обзор литературы.

§1.5. Области применения суперлюминесцентных диодов.

§1.6. Выводы.

Глава 2. Разработка широкополосных суперлюминесцентных диодов на основе полупроводниковых гетероструктур.

§2.1. Экспериментальные образцы и методика измерений.

§2.2. Широкополосные суперлюминесцентные диоды спектрального диапазона 760 - 970 нм.

§2.3. Широкополосные источники излучения в спектральной области 1550 нм на основе квантоворазмерных суперлюминесцентных диодов.

§2.4. Теоретическая модель двухпроходного суперлюминесцентного диода со спектрально-селективным отражателем .ПО

2.4.1. Модель I.

2.4.2. Модель II.

2.4.3. Экспериментальные результаты.

§2.5. Широкополосные суперлюминесцентные диоды спектрального диапазона 950 нм с пространственно-неоднородной инжекцией на основе полупроводниковых квантоворазмерных гетероструктур.

§2.6. Выводы.:.

Глава 3. Широкополосные источники света на основе объединения излучения различных суперлюминесцентных диодов.

§3.1. Технологические аспекты создания широкополосного источника света на основе объединения излучения различных суперлюминесцентных диодов.

§3.2. Оптическиеразветвители и ответвители.

§3.3. Экспериментальные результаты.

§3.4. Выводы.

Создание, разработка и производство широкополосных источников оптического излучения является весьма актуальной и перспективной задачей, реализация которой имела бы большое научное и практическое значение в ряде отраслей науки и техники. В последнее время интенсивно развиваются такие научные, а также производственно- и практически-прикладные направления как волоконно-оптическая гироскопия, оптическая когерентная томография, интерферометрия «белого света», рефлектометрия, телекоммуникационные системы (например системы со спектральным уплотнением каналов), лазеры с перестраиваемой длиной волны, усовершенствуется различное измерительное и тестовое оборудование - в частности для характеризации пассивных оптических компонентов, волоконно-оптических линий связи. Всё это, в свою очередь, находит широкое применение в различных областях жизнедеятельности

4* человека - таких как медицина и медицинская диагностика, опто- и телекоммуникации, сети, навигация, производство и производственный контроль и мн. др. Общим важнейшим параметром источников оптического излучения в вышеперечисленных областях и направлениях является их широкополосность (малая когерентность). Таким образом, создание новых оптических приборов -широкополосных источников оптического излучения, сочетающих в себе такие достоинства как широкий спектр излучения и достаточный уровень выходной мощности (плотности мощности) излучения, чему посвящена, в частности, и данная работа, позволяет значительно расширить потенциальные возможности и границы указанных областей применения. В качестве одного лишь примера, иллюстрирующего данное положение, может служить тот факт, что применение источников оптического излучения, обладающих шириной спектра выше определённого в данном спектральном диапазоне значения, в системах оптической когерентной томографии позволит, получать изображения тканей и органов неразрушающим способом с микронным и субмикронным разрешением [1

- 6], что является чрезвычайно важным и актуальным в медицинской диагност стике (и, в частности, в офтальмологии, диагностике и исследовании раковых заболеваний).

На сегодняшний день в мире ведутся активные научные разработки аналогичных приборов, часть из которых уже широко представлена на рынке оп-тоэлектроники. При этом данные приборы обладают широким диапазоном и особенностями как выходных параметров излучения (мощность, спектральный состав, форма спектра излучения и др.), так и принципов их действия вообще, а также диапазоном цен. По принципу действия широкополосные источники излучения, известные на данный момент, можно разделить на несколько типов (классов), среди которых можно выделить следующие: ламповые источники «белого света» на основе ламп накаливания и газоразрядных ламп, твердотельные лазеры, работающие в импульсном режиме (пико-, фемтосекундном) и излучающие сверхкороткие импульсы света, обладающие относительно большой мощностью (до сотен милливатт - единиц Ватт усреднённой по времени мощности) и широким спектром (несколько сот нанометров) (например, титан-сапфировый лазер); суперфлуоресцентные волоконные источники света [7-12], идея которых состоит в легировании оптических волокон редкоземельными металлами (например Ег) и в накачке этих волокон мощным (несколько сот ми-ливатт) полупроводниковым лазером посредством ввода излучения этого лазера в волокно, что приводит к процессам активации атомов легирующей примеси, рекомбинационной флуоресценции и, наконец, к суперфлуоресценции (усилению спонтанного излучения); полупроводниковые светодиоды [13 - 16], являющиеся источниками собственного (спонтанного, а потому и широкополосного) излучения. Не вдаваясь в детальное описание принципа работы данных приборов, следует остановиться на их преимуществах и недостатках.

Ламповые источники «белого света» на основе ламп накаливания и газоразрядных ламп обладают тем несомненным преимуществом, что их спектр излучения может быть очень широким и «накрывать» одновременно ближнюю ультрафиолетовую, видимую области света, а также распространяться в широком диапазоне инфракрасного (ИК) излучения, что не наблюдается н-и у одного из вышеперечисленных типов приборов. Кроме того, излучение таких источников деполяризовано, приборы абсолютно не чувствительны к обратным связям по излучению, а их цена по сравнению с другими типами широкополосных источников света, рассмотренных ранее, намного ниже. К серьёзным и наиболее важным недостаткам этого типа приборов можно отнести их высокое энергопотребление, принципиальную невозможность получения высокой эффективности ввода излучения в волокно (в особенности одномодовое) - типичные значения мощности из одномодового волокна не превышают нескольких микроватт. Отсюда (а также из-за большой ширины спектра) крайне малыми оказываются значения спектральной плотности мощности излучения (<-60 дБм), что резко ограничивает возможности практического использования этих приборов. Кроме того, ламповые источники достаточно массогабаритны (особенно в сравнении с полупроводниковыми светодиодами и волоконными источниками света).

К безусловным преимуществам приборов второго типа следует отнести возможность получения широкого спектра излучения, достигающего нескольких сот нанометров, и большой мощности излучения (до нескольких сот милливатт, единиц Ватт), в то время как высокая стоимость подобных приборов, их габариты, не гладкая, не идеальная форма спектра, сложность оптических элементов, модулированность по амплитуде оптического сигнала, ограниченный набор спектральных диапазонов, которые можно реализовать с помощью данных приборов делают не всегда выгодным, целесообразным и возможным их использование на практике.

Что касается волоконных источников света, то преимуществами этого типа приборов являются их компактность, возможность получения больших мощностей излучения (типичные значения лежат в пределах от 5.5 до 9дБм), а соответственно и больших спектральных плотностей мощности (больше

50мкВт/нм), в сотни раз превышающих аналогичные параметры для светодио-дов и в десятки тысяч раз - для ламповых источников «белого света»; к достоинствам также относятся возможность амплитудной модуляции излучения посредством модуляции источника накачки, низкая поляризованность излучения, температурная стабильность спектра излучения. К недостаткам же, как и в первых двух случаях, следует отнести неидеальность формы спектральной кривой, а также чувствительность к обратным связям по излучению, ограниченный набор возможных реализуемых спектральных диапазонов, высокую стоимость источников накачки, а, следовательно, и высокую стоимость данных приборов, кроме того их спектральная полоса заметно уже по сравнению с импульсными твердотельными лазерами.

Переходя к рассмотрению полупроводниковых светодиодов стоит отметить, что создание и производство этих приборов возможно в широком диапазоне длин волн излучения, характерном для полупроводниковых структур, выращиваемых на сегодняшний день (330 - 1750 нм); этим приборам присуща широкая спектральная полоса излучения (до 170 нм), являющегося, фактически, неусиленным спонтанным излучением, спектр которого ограничивается лишь распределением носителей заряда в валентной зоне и зоне проводимости, характерным для данных температуры, плотности тока накачки и конфигурации активных слоев полупроводниковой структуры. К достоинствам данного типа приборов относятся малые геометрические размеры, низкая стоимость приборов, возможность работы в режиме непрерывной инжекции, отсутствие необходимости внешней накачки, возможность ввода излучения в оптическое волокно. Но при этом достаточно серьёзными недостатками, резко ограничивающими возможности практического использования светодиодов, являются их малая яркость, низкая эффективность ввода излучения светодиодов в оптическое волокно, сильные температурные зависимости как мощностных, так и спектральных параметров излучения.

В приведённую и рассмотренную классификацию необходимо также добавить ещё один тип широкополосных источников оптического излучения, а именно суперлюминесцентные диоды (СЛД). Как известно, излучательная рекомбинация в полупроводниках приводит к спонтанному испусканию света. При определённых условиях это излучение может в дальнейшем поглотиться в объёме полупроводника или же вызвать последующие излучательные переходы и таким образом усилить себя. Последнее возможно при условии преобладания процессов вынужденного излучения над процессами поглощения, что происходит в случае реализации инверсной населённости уровней энергии носителями заряда в полупроводниковой структуре при достаточно высоком уровне возбуждения (накачки). На этом, в частности, основано действие лазерных диодов (ЛД). Неотъемлемой частью ЛД любых типов является оптический резонатор, обеспечивающий положительную обратную связь по излучению. В СЛД же, наоборот, эту связь стремятся максимально ослабить. Таким образом, суперлюминесцентные диоды (СЛД) - это оптические усилители собственного (спонтанного) излучения, изготавливаемые на основе полупроводниковых гетерост-руктур, аналогичных тем, что используются и для создания ЛД. Выходное же излучение СЛД - это усиленное спонтанное излучение, образующееся в результате актов электронно-дырочной рекомбинации в активных слоях полупроводниковой гетероструктуры.

Привлекательность применения именно полупроводниковых гетерост-руктур в волоконно-оптической технике и оптоэлектронных приборах продиктована такими их достоинствами, как возможность непосредственного преобразования электрического тока в световое излучение, высокий коэффициент полезного действия, компактность конечного продукта на их основе, простота конструкции приборов, возможность прямой модуляции излучения током ин-жекции, широкий диапазон выбора длин волн излучения, возможность непосредственной стыковки излучателя с волоконным световодом, высокая долговечность (надёжность) приборов на их основе и т.д.

Что касается суперлюминесцентных диодов на основе полупроводниковых гетероструктур, то к несомненным достоинствам этого типа, приборов можно отнести и малые геометрические размеры, позволяющие легко интегрировать такие приборы в сложную аппаратуру, и низкую потребляемую мощность, возможность получения большой выходной оптической мощности (а следовательно и спектральной плотности мощности) излучения (до 100 -150 мВт в непрерывном режиме инжекции), значительно превышающей мощности обычного светодиода и сравнимой с мощностями полупроводниковых лазеров, высокую эффективность ввода такого излучения в оптические волоконные световоды, при этом для СЛД характерен широкий спектр излучения (до 170 нм -[17]), сравнимый по ширине со спектром светодиодов, малая спектральная модуляция излучения, обусловленная остаточными (паразитными) отражениями. К достоинствам этого типа приборов можно отнести также возможность получения широкого набора реализуемых спектральных диапазонов, характерных для полупроводниковых структур вообще, возможность амплитудной модуляции излучения посредством модуляции тока накачки, возможность работы прибора в непрерывном режиме при комнатной температуре, долговечность приборов (гарантируемая наработка в режиме поддержания постоянного тока достигает 100 000 часов), а также относительно низкую стоимость данного класса приборов. Недостатками же СЛД являются их высокая чувствительность к обратным связям по излучению, сильные температурные зависимости мощностных, спектральных и поляризационных характеристик излучения [18, 19], выходное излучение СЛД как правило достаточно сильно поляризовано (отношение мощности излучения в ТЕ- и ТМ- поляризациях как правило >2), что связано с различием коэффициентов усиления для ТЕ- и ТМ- мод и большей вероятностью излучательного межзонного перехода для ТЕ- поляризации (что в большей степени характерно для квантово-размерных гетероструктур (КРС) - [20 -22]). Но, несмотря на это, благодаря своим достоинствам, а также по соотношению «цена - качество» в сравнении с другими приборами (широкополосными источниками света) СЛД стали на сегодняшний день основными источниками оптического излучения во всех вышеперечисленных, областях применения.

Первые исследования и разработки по созданию полупроводниковых оптических усилителей и суперлюминесцентных диодов начались практически сразу после создания первого полупроводникового инжекционного лазера (середина 60-х годов XX века) [23 - 25]. Промышленное же производство СЛД, имевших конструкцию лазерных диодов с просветлёнными боковыми торцами, относится к 80-м, 90-м годам XX века, когда фактически были решены научно-технические проблемы по созданию СЛД с требуемыми для некогерентной интерферометрии параметрами, а именно достаточной мощностью излучения, широкой спектральной полосой, низкой модулированностью спектра (подавление остаточных паразитных отражений в резонаторе Фабри-Перо, обратных связей по излучению), эффективным вводом излучения в волокно. С этого же момента начинается и процесс интеграции СЛД в качестве источника излучения в реальные датчики промышленного типа.

Опубликованные и известные на данный момент научные работы, статьи и публикации, связанные с исследованиями и разработкой СЛД, по своей тематике и целям исследования можно условно разделить на несколько направлений: это и относительно небольшое количество работ, посвящённых теории и принципам действия СЛД и оптических усилителей, среди которых можно выделить [26 - 35], и ряд работ, связанных с усовершенствованием и модернизацией конструкции СЛД в целях подавления обратных связей по излучению [27, 31 - 33, 36 - 43]; также в отдельные направления можно выделить исследования, связанные с увеличением эффективности, увеличением мощности излучения СЛД [28, 29, 36 - 39, 41 - 54], а также с уширением спектральной полосы излучения [17, 37, 44, 50, 54 - 65]; помимо этого можно выделить ряд работ по исследованию надёжности СЛД [66 - 69], исследованию динамики поведения приборов (их выходных параметров) в зависимости от условий эксплуатации (например, температурные исследования) [18, 19, 70 - 74]; многочисленный ряд исследований и научных публикаций посвящён практическому использованию СЛД, как широкополосных (низкокогерентных) источников излучения, в различных областях применения [1 - 5, 75 - 89 и др.]. Методологически, решение проблем увеличения мощности и уширения спектральной полосы излучения, зачастую идущих параллельно, можно, в свою очередь, разделить на несколько возможных направлений: технологическое направление, связанное с усовершенствованием и варьированием составов активных слоёв гете-роструктур, оптимальным выбором между различными типами гетероструктур [17, 27, 28, 37, 44, 48 - 57, 60, 65, 71, 72]; конструкционное направление, связанное с усовершенствованием и модернизацией активного элемента, волнове-дущего канала излучателя [27, 29, 31, 36, 40 - 46], с нанесением на торцевые грани или интеграцией с излучателем специальных отражающих покрытий [90, 91]; и, наконец, направление, хотя и связанное с конструкционным, но тем не менее, как представляется, выделяющееся в отдельное - это объединение различных источников излучения в один с помощью интеграции этих источников на одном кристалле излучателя [58], либо же объединение излучения от различных источников с помощью специальных оптических элементов (например оптических волоконных разветвителей) [59, 61, 62] с целью получения максимальной мощности или максимально широкой полосы излучения.

На сегодняшний день на мировом рынке оптоэлектронных приборов представлены СЛД, выходные параметры которых (как мощностные, так и спектральные) лежат в широких пределах и способны удовлетворить (на данный момент) тем требованиям, которые предъявляются к источникам оптического излучения в соответствующих областях применения (в частности, вышеназванных): так, мощность выходного излучения из одномодового волокна лежит в пределах 0.2 - 30 мВт, ширина спектральной линии излучения - от 8 до 170 нм, возможный реализуемый спектральный диапазон длин волн излучения перекрывает область от 600 до 1700 нм. Тем не менее новые перспективы развития и потенциальные возможности этих научно-технических, производственных и прикладных направлений, не реализованные до сих пор, неуклонно диктуют и предъявляют всё новые и возрастающие требования - и в частности требования на выходные параметры используемых источников оптического излучения. В первую очередь эти требования касаются спектральной ширины линии излучения, т.к. именно с ней, в первую очередь, связана разрешающая способность и выходные параметры большинства из вышеперечисленных прикладных направлений (томография, гироскопия, рефлектометрия) [1 - 6, 75 -77, 88, 92, 93].

В связи с изложенной и очевидной актуальностью проблемы создания широкополосных источников оптического излучения - «источников белого света», а также в связи с вышеперечисленными достоинствами суперлюминесцентных диодов по сравнению с другими широкополосными оптическими приборами, представляется очень перспективным, наиболее целесообразным и экономически выгодным решение этой проблемы на базе и с помощью именно СЛД. Стоит отметить также, что решение этой проблемы имело бы не только чисто исследовательский и научный, но также огромный практический и экономический аспекты.

Поэтому цель данной работы состояла в исследовании, разработке и внедрении в производство широкополосных источников оптического излучения на базе полупроводниковых гетероструктур и суперлюминесцентных диодов на их основе, превосходящих по своим выходным параметрам аналогичные приборы, известные и описанные в литературе, а также представленные в виде коммерчески доступных вариантов, на момент написания работы.

В соответствии с методологией решения и достижения цели данной работы, предполагающей три возможных направления исследований: технологическое направление, конструкционное направление, а также направление, связанное с объединением излучения различных источников, в задачу диссертационной работы входило:

1. Проведение сравнительного анализа спектральных параметров (спектральный состав излучения, центральная длина волны, ширина спектра излучения) и мощностных параметров суперлюминесцентных диодов в зависимости от входных рабочих параметров и условий эксплуатации СЛД (ток накачки, температура, конфигурация активного канала распространения света) для различных типов гетероструктур.

2. Исследование и выбор оптимальных (с точки зрения возможности получения максимально широкого контура усиления) гетероструктур и разработка на их основе СЛД и светоизлучающих модулей с оптимизированными рабочими параметрами с целью получения оптимального соотношения спектральных и мощностных параметров в различных диапазонах длин волн излучения.

3. Разработка теоретической модели двухпроходного СЛД со спектрально-селективным отражателем на заднем торце излучателя, рассмотрение принципов работы и оптимизация спектральных характеристик таких приборов.

4. Разработка двухсекционной конструкции СЛД и создание на её основе СЛД и светоизлучающих модулей. Исследование спектральных и мощностных зависимостей двухсекционных СЛД, определение реализуемых диапазонов изменения выходных параметров.

5. Разработка широкополосного источника оптического излучения на основе объединения излучения различных СЛД:

• Разработка широкополосных волоконных оптических разветвителей различных типов на различные спектральные диапазоны;

• подбор оптимальных комбинаций СЛД и их рабочих параметров и объединение излучения этих приборов с помощью разработанных оптических волоконных разветвителей.

Научная новизна работы.

1. Реализованы СЛД- светоизлучающие модули спектрального диапазона 920 нм на основе однослойной (InGa)As КРС с градиентным волноводом, ширина спектра излучения которых (по уровню 0.5) достигает 100 нм.

2. Реализованы СЛД- светоизлучающие модули спектрального диапазона 810 нм на основе однослойной (InGa)As КРС со ступенчатым волноводом, ширина спектра излучения которых (по уровню 0.5) достигает 85 нм.

3. Реализованы СЛД- светоизлучающие модули спектрального диапазона 1550 нм на основе (InGa)PAs КРС с четырьмя активными слоями, ширина спектра излучения которых (по уровню 0.5) превышает 130 нм.

4. Разработана и экспериментально проверена теоретическая модель двух-проходного СЛД со спектрально-селективным отражателем, наглядно демонстрирующая, что в случае реализации такого прибора возможно значительное увеличение ширины спектра излучения по сравнению с традиционным однопроходным СЛД наряду с увеличением мощности излучения. Рассмотрены варианты реализации подобных приборов с помощью конструкций двухпроходного СЛД с искривлённым волноводом или однопроходного СЛД с внешним отражателем со стороны заднего торца излучателя.

5. Реализованы светоизлучающие СЛД- модули спектрального диапазона 950нм на основе двухслойной (InGa)As КРС с двухсекционной конструкцией излучателя, позволяющей использовать пространственно-неоднородную инжекцию. Продемонстрирована возможность реализации широкого диапазона мощностных параметров при ширине спектра излучения, превышающей значения для односекционного прибора при той же плотности тока накачки.

6. Реализованы широкополосные источники оптического излучения различных спектральных диапазонов на основе объединения излучения различных специально подобранных комбинаций СЛД- модулей с помощью широкополосных оптических разветвителей. В рамках данного направления разработана и реализована конструкция широкополосного волоконного Y-разветвителя микрооптического типа, рассчитанного на спектральный диапазон 750 - 1100 нм, на основе градиентных микролинз и полупрозрачных зеркал.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что в ней наглядно продемонстрированы возможности, а также предложены потенциальные пути и направления реализации широкополосных источников оптического излучения на базе суперлюминесцентных диодов, изготовленных на основе полупроводниковых гетероструктур различного типа, различных спектральных диапазонов, по своим выходным спектральным и мощностным параметрам значительно превосходящих серийно выпускаемые на сегодняшний день приборы данного класса. Полученные практические результаты основывались на исследованиях по трём направлениям: технологическое направление (изготовлены полупроводниковые структуры и СЛД- светоизлучающие модули на их основе различных спектральных диапазонов, позволяющие реализовывать широкий контур оптического усиления, а соответственно широкую полосу выходного излучения); конструкционное направление (разработана и экспериментально проверена теоретическая модель двухпроходных СЛД со спектрально-селективным отражателем, исследованы двухсекционные СЛД с возможностью пространственно-неоднородной инжекции, исследовано влияние конструкционных и рабочих параметров однопроходных СЛД на выходные характеристики излучения, проведена оптимизация этих параметров с целью достижения наилучшего соотношения ширины спектра и мощности излучения); объединение излучения различных СЛД (реализованы широкополосные источники излучения на основе объединения излучения СЛД- светоизлучающих модулей с помощью оптических разветвителей с широкими возможными диапазонами выходных параметров). 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» коммерчески реализованы новые типы серийно выпускаемых и перспективных с практической точки зрения СЛД- светоизлучающих модулей SLD-37-MP/HP, SLD-47-MP/HP, SLD-47-HP-G, SLD-76-LP. Кроме того, на основе описанных в данной работе результатов по объединению источников излучения, компания ООО «Суперлюминесцентные Диоды» выпустила на рынок оптоэлектроники принципиально новый тип серийно выпускаемого прибора на основе объединения нескольких СЛД с помощью широкополосных волоконных разветвителей, получившего коммерческое название "BroadLighter" (категории D-830-HP, D-890-HP, D-930-HP, D-1300-HP, D-1500-LP, D-1550-MP/HP) (см. Приложение В, Приложение С).

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

4.4 Результаты исследования СЛД с двухсекционной конструкцией активного элемента и пространственно-неоднородной инжекцией спектральной области 950 нм на базе двухслойной (InGa)As квантоворазмерной гетероэпитаксиальной структуры.

2. ООО «Суперлюминесцентные Диоды» при разработке и производстве широкополосных источников света "BroadLighter" следующих типов -D-830-HP, D-890-HP, D-1300-HP, D-1460-MP/HP, D-1500-MP/HP, D-1500-LP, D-1550-MP/HP - на основе объединения излучения специально подобранных комбинаций СЛД- светоизлучающих модулей с помощью широкополосных волоконных разветвителей использует соответствующие результаты диссертационной работы Д.С. Мамедова.

3. Экономический эффект от внедрения результатов диссертационной ■ работы Д.С. Мамедова не рассчитывался.

4. Разработанные светоизлучающие модули и широкополосные источники света типа "BroadLighter" на основе объединения излучения специально подобранных комбинаций СЛД- светоизлучающих модулей с помощью широкополосных волоконных разветвителей используются в волоконно-оптических датчиках различного назначения, включая волоконно-оптические гироскопы, системы оптической когерентной томографии, метрологические установки для оптических телекоммуникационных систем со спектральным уплотнением каналов

WDM- систем), локальные сети BOJIC, а также в областях рефлектометрии и интерферометрии «белого света».

От ООО «Суперлюминесцентные Диоды» От МГИЭМ (ТУ)

Руководитель исследовательского Заместитель заведующего ректора кафедры «ФОЭТ»

С.Д. Якубович/ — /А.П. Лысенко/

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. J.M. Schmitt, M.J. Yadlowsky, R.F. Bonner "Subsurface 1.aging of Living Skin with Optical Coherence Microscopy", Dermatology, 191, pp.93-98, 1995.

2. W. Drexler, U.Morgner, F.X. Kartner, C. Pitris, S.A. Boppart, X.D. Li, E.P. Ip- pen, and J.G. Fujimoto "In vivo ultrahigh-resolution optical coherence tomography". Optics Letters, Vol.24, No.l7, pp.1221-1223, 1999.

3. U. Morgner, F.X. Kartner, S. Cho, Y. Chen, H.A. Haus, J.G. Fujimoto, E.P. Ip- pen, V.Scheurer, G. Angelow, and T. Tschudi, Opt. Lett., Vol.24, p.411, 1999.

4. B.E. Bouma, G.J. Teamey, S.A. Boppart, M.R.Hee, M.E. Brezinski, and J.G. Fujimoto "High-resolution optical coherence tomographic imaging using a mode-locked Ti : AI2O3 laser source", Opt. Lett., Vol.20, pp. 1486-1488, 1995.

5. K. Iwatsuki "ER-Doped superfluorescent fiber laser pumped by 1.48 fim laser diode", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.2, p.237, 1990.

6. P.F. Wysoki, M.J.F. Digonnet, and B.Y. Kim "Spectral characteristics of high- power 1.5 i^m broad-band superluminescent fiber sources", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.2, p. 178, 1990.

7. M. Tachibana, R.I. Laming, P.R. Morkel, and D.N. Payne "Gain-shaped Erbium- doped fiber amplifier (EDFA) with broad spectral bandwidth", in Proc. Top. Meet. Opt. Amplifiers Appl., Monterey, CA,paperMDI, 1990.

8. R. Pashotta, J. Nilsson, A.C. Tropper, and D.C. Hanna "Efficient superfluorescent light sources with broad bandwidth", IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., Vol.3, pp. 1097-1099, 1997. f^' 193-

9. P. Urguhart "Review of rare earth doped fiber lasers and amplifiers", lEE Proc, 135, pp.385-407, 1988.

10. Michael Mei "Ultrabroadband Fiber Sources Are Versatile Test and Measurement Tools", EuroPhotonics, Vol.8, Issue 1, December/January, 2003.

11. A. Берг, П. Дин "Светодиоды" пер. с англ., М., 1979.

12. А.С. Бананов и др. "Передача оптических сигналов по световодам", М.: Радиотехника. Итоги науки и техники ВРШИТИ, т.ЗО, 1984.

13. Г.Г. Унгер "Оптическая связь", М.: Связь, 1979. 16. "Основы волоконно-оптической связи" пер. с англ./Под ред. Е.М. Дианова, М.: Сов. Радио, 1980.

14. S. Kondo, Н. Yasaka, Y. Noguchi, К. Magari, S. Sugo and О. Mikami "Very Wide Spectrum Multiquantum Well Superluminescent Diode at 1.5 цт" . Electronics Letters, Vol.28, No.2, pp. 132-133, 1992.

16. H. Kobayashi, H. Iwamura, T. Saku, K. Otsuka "Polarization-dependent qain- current relationship in GaAs-AlGaAs MQW Laser diodes", Electron. Lett., Vol.19, No.5,pp.l66-168, 1983.

17. H. Kobayashi, H. Iwamura, T. Saku, Y. Horikoshi "Spectrum studies on GaAs- AlGaAs multi-quantum-well laser diode qrown by molecular beam epitaxy", J. Appl. Phys., Vol.54, No.5, pp.2692-2694, 1983. / А ' -194

18. И. Yamanishi and I. Suemune "Comment on polarization dependent momentum matrix elements in quantum well lasers", Jpn. J. Appl. Phys., Vol.23, No.l, pp. 1.35-L36, 1984.

19. J.W. Growe, W.E. Ahearn "Semiconductor laser amplifiers", lEEJ, V. QE-2, H8, pp.283-285, 1966.

20. Л.Н. Курбатов, C.C. Шахиджанов, Л.В. Быстрова, Ю.П. Демидов, А.Г. Катаев, А.А. Киселёв "Исследование многолучевого инжекционного лазерного усилителя из арсенида галия". Радиотехника и электроника, т. 16, №4, с.639.643, 1971.

21. В.Н. Ступников, Д. Якубович "Влияние конфигурации инжекционного излучателя на характеристики излучения", сб. Электронная Техника, сер. 11, №5, с.62-67, 1978 (работа выполнена в 1971 г.).

22. R. Nagarajan, М. Ishikawa, Т. Fukushima, R.S. Geels, and J.E. Bowers "High Speed Quantum-Well Lasers and Carrier Transport Effects", IEEE J. Quantum Electron., Vol.28, No. 10, pp. 1990-2008, 1992.

23. Gerard A. Alphonse "Design of High-Power Superluminescent Diodes with Low Spectral Modulation", Proc. Of SPIE, Vol.4648, p.l25, 2002.

24. Charles H. Henry "Theory of Spontaneous Emission Noise in Open Resonators and its Application to Lasers and Optical Amplifiers", J. of Lightwave Tech.,

26. J. Salzmann, RJ. Hawkins, C.E. Zah, S. Menocal, and T.P. Lee "The tilted waveguide semiconductor laser amplifiers", J. Appl. Phys., Vol.64, pp.2240-2242, 1988.

27. Gerard A. Alphonse, and Minoru Toda "Mode Coupling in Angeld Facet Semiconductor Optical Amplifiers and Superluminescent Diodes", IEEE J. Lightwave Tech., Vol.10, No.2, pp.215-219, 1992.

28. A.R. Nelson "Coupling optical waveguides by tapers", Appl. Optics, Vol.14, No.l2,pp.3012-3015, 1975.

29. D. Marcuse and LP. Kaminov "Computer model of a superluminescent LED with lateral confinement", IEEE J. Quantum Electron., Vol.QE-17, No.7, pp. 1234-1244.1981.

30. K. Tateoka, H. Naito, M. Yuri, M. Kume, K. Hamada, H. Shimizu, M. Kazu- mura, and I. Teramoto "A High-Power GaAlAs Superluminescent Diode with an Antireflective Window Structure", IEEE J. Quantum Electron., Vol.27, No.6, pp.1568-1573,1991.

31. G.A. Alphonse, N. Morris, M.G. Harvey, D.B. Gilbert, and J.C. Connoly "New High-Power single-mode superluminescent diode with low spectral modulation", Conference on Lasers and Electro Optics, p. 107, 1996. 196-

32. B.D. Patterson, J.E. Epler, B. Graf, H.W. Lehmann, and H.C. Sigg "A Superiu- minescent Diode at 1.3 \im with Very Low Spectral Modulation", IEEE J. Quantum Electron., Vol.30, No.3, pp.703-712, 1994.

33. 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, pp.696-704, 1989.

34. S.A. Safin, A.T. Semenov, V.R. Shidlovski et al. "High-power 0.82 ц т superluminescent diodes with extremely low Fabry-Perot modulation depth", Electron. 1.ett., Vol.28, No.6, pp.530-532, 1993.

35. K. Gen-ei, A. Tanioka, H. Suhara, and K. Chinen "High coupled power L3 }im edge-emitting light-emitting diode with a rear window and an integrated absorber", Appl. Phys. Lett., Vol.53, pp.1138-1140, 1988.

36. T. Yamatoya, S. Mori, F. Koyama and K. Iga "High Power GalnAsP/InP Strained Quantum Well Superluminescent Diode with Tapered Active Region", Jpn. J. Appl. Phys., Vol.38, Part.l, No.9A, pp.5121-5122, 1999.

37. G. Du, G. Devane, K.A. Stair, S. Wu, R.P.H. Chang, Y. Zhao, Z. Sun, Y. Liu, X. Jiang, and W. Han "The Monolitic Integration of a Superluminescent Diode with a Power Amplifier", IEEE Photon. Tech. Letters, Vol.10, No.l, pp.57-59, 1998.

38. N.S.K. Kwong, K.Y. Lau, N. Bar-Chaim, I. Ury, and K.J. Lee "High power, high efficiency window buried heterostructure GaAlAs superluminescent diode with an integrated absorber", Appl. Phys. Lett., Vol.51, No.23, pp. 1879-1881, 1987.

39. K.Y. Liou and G. Raybon "Operation of an LED with a single-mode semiconductor amplifier as a broad-band 1.3-^ im transmitter source", IEEE Photon. Tech. 1.ett., Vol.7, pp.1025-1027, 1995. 197-

40. A.T. Semenov, V.R. Shidlovski, S.A. Safin et al. "Extremely high-power and high-performance superluminescent diodes and modules at 800 nm", Proceeding of OFC'IO, pp.298-301, Glasgow, October 11-14'\ 1994.

41. И.А. Пихтин, Ю.В. Ильин, А.Ю. Лешко, А.В. Лютецкий, А.Л. Станкевич, И.С. Тарасов, Н.В. Фетисова " Мощный широкополосный одномодовый InGaAsP/InP суперлюминесцентный диод", Письма в ЖТФ, том25, вып. 15, стр. 16-22, 1999.

42. Takeshi Yamatoya, Shigeaki Sekiguchi, Fumio Koyama and Kenichi Iga "High- Power CW Operation of GalnAsP/InP Superluminescent Light-Emitting Diode with Tapered Active Region", Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 40, Part. 2, No. 7A, pp.L678-L680,2001.

43. Bing-Ruey Wu, Ching-Fuh Lin, Lih-Wen Laih and Tien-Tsorng Shih "Extremely broadband InGaAsP/InP superluminescent diodes", lEE Electronics Letters, Vol. 36, No. 25, pp.2093-2095,2000.

44. Ching-Fuh Lin and Bor-Lin Lee "Extremely broadband AlGaAs/GaAs superluminescent diodes", Appl. Phys. Lett., Vol.71, No. 12, pp. 1598-1600, 1997.

45. Ching-Fuh Lin, Bor-Lin Lee, and Po-Chien Lin "Broad-Band Superluminescent Diodes Fabricated on a Substrate with Asymmetric Dual Quantum Wells", IEEE Photonics Technology Lettres, Vol. 8, No. 11, pp.1456-1458, 1996.

46. P.J. Poole, M. Davies, M. Dion, Y. Feng, S. Charbonneau, R,D. Goldberg, and I.V. Mitchell "The Fabrication of a Broad-Spectrum Light-Emitting Diode Using High-Energy Ion Implantation", IEEE Photon. Tech. Lett., Vol.8, No.9, pp.1145-1147, 1996.

47. Norman S. Kwong "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., Vol.4, No.9, pp.996-999, 1992.

48. A.T. Semenov, V.R. Shidlovski, S.A. Safin "Wide-spectrum SQW superluminescent diodes at 0.8 ц т with bent optical waveguide". Electron. Lett., Vol.29, No.l0,pp.854-856, 1993.

49. A. Baumgartner, C.K. Hitzenberger, H. Sattmann, W. Drexler, and A.F. Fercher,

51. J.M. Schmitt, S.L. Lee, and K.M. Yung "An optical coherence microscope with enhanced resolving power". Opt. Commun., Vol.142, pp.203-207, 1997.

52. Y. Noguchi, H. Yasaka, O. Mikami, and H. Nagai "High-power, broad band InGaAsP superluminescent diode emitting at 1.5 |im", J. Appl. Phys., Vol.67, No.5, pp.2665-2667, 1990.

53. O. Mikami, H.Yasaka, and Y. Noguchi "Broader spectral width InGaAsP stacked active layer superluminescent diodes", Appl. Phys. Lett., Vol.56, No.l 1, pp.987-989,1990. - 1 9 9 -

54. T.R. Chen, L. Eng, Y.H. Zhuang, A. Yariv, N.S. Kwong and P.C. Chen "Quantum well superluminescent diode with very wide emission spectrum", Appl. Phys. Lett., Vol.56, No.l4, pp.l345-l346, 1990.

55. A.A. Кочетков, В.П. Коняев, В.М. Сорокин, СВ. Твердов «Расчёт ресурса мощных гетеролазеров», Квантовая электроника, 23, №2, стр.112, 1996.

56. Bellcore Technical Advisory TA-TSY-000983. Reliability Assurance Practices for Optoelectronic Devices in Loop Applications, Issue 1, January, 1990.

57. Y. Kashima, A. Motoba, and H. Takano "Performance and Reliability of In- GaAsP Superluminescent Diode", Journ. of Lightwave Tech., Vol.10, No. 11, pp. 1644-1649, 1992.

58. A.T. Semenov, V.R. Shidlovski, S.D. Yakubovich "Highly Effective Non- Cooled Superluminescent Diodes for High-Temperature Applications", OFC-11, Post Deadline Papers, Sapporo, Japan, May 1996.

59. K. Imanaka "Cavity Length Dependence of Optical Characteristics in High Power Narrow Stripe GaAs Superluminescent Diodes", IEEE Photon. Tech. 1.ett., Vol.2, No. 10, pp.705-707, 1990.

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

61. P.R. Ashley, M.G. Temmen, and Mohan-Sanghadasa "Applicationa of SLDs in Fiber Optical Gyroscopes", Proceedings of SPIE, Vol.4648, 2002.

62. J.M. Schmitt "Optical Coherence Tomography (OCT): A Review", IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electron., Vol.5, No.4, pp.1205-1215, 1999.

63. K. Petermann "Intensity-dependent nonreciprocal phase shift in fiberoptic gyroscopes for light sources with low coherence", Opt. Lett., Vol.7, p.623, 1982.

64. N.J. Frigo, H.F. Taylor, L. Goldberg, J.F. Weller, and C.S. Rashleigh "Optical Kerr effect in fyber gyroscopes: effects of nonmonochromatic sources", Opt. 1.ett., Vol.8, p.119, 1983.

65. W.K. Burns, С Chen, and R.F. Moeller "Fiber optic gyroscope with broadband sources", J. Lightwave Tech., LTl, p.98, 1983.

66. K. Bohm, P. Marten, K. Petermann, E. Weidel, and R. Ulrich "Low drift fiber gyro using superluminescent diode", Electron. Lett., Vol.17, p.352, 1981.

67. M.J.F. Digonnet "Superluminescent optical sources for sensor applications", in Optical Fiber Rotation Sensing, W.K. Bums Ed., Academic Press, San Diego, 261, 1994.

68. D. Huang "Optical coherence tomography". Science, Vol.254, pp.1178-1181, 1991. 201 -

69. К. Takada, I. Yokohama, К. Chida and J. Noda "New measerment system for fault location in optical waveguide devices based on an interferometric technique", Appl. Optics, Vol.9, pp. 1603-1606, 1987.

70. T. Dresel, G. Hausler, and H. Venzke "Three dimensional sensing of rough surfaces by coherence radar", Appl. Optics, Vol.31, pp.919-925, 1992.

71. B.L. Danielson and C.Y. Boisrobert "Absolute optical ranging using low coherence interferometry", Appl. Optics, Vol.30, pp.2975-2979, 1991.

72. S.A. Al-Chalabi, B. Culshaw, and D.E.N. Davies "Partially coherent sources in interferometric sensors", Proc. 1^* Int. Conf. On Optical Fiber Sensors, London: Proc. Inst. Elec. Eng., pp.132-135, 1987.

73. A.S. Gerges, F. Farahi, T.P. Newson, J.D.C. Tones, and D.A. Jackson "An interferometric fiber optic sensor using a short coherence length source". Electron. 1.ett., Vol.23, pp.1110-1111, 1987.

74. Y. Aburakawa and H. Ohtsuka "Predistorter implementation to SLD in fiberoptic wireless systems", lEICE Trans. Electron., Vol. E79-C, pp.52-59, 1996.

75. E.B. Андреева, М.В. Шраменко, Д. Якубович "Двухпроходный суперлюминесцентный диод с клиновидным активным каналом". Квантовая Электроника, 32, №2, стр.112-114, 2002.

76. Е.В. Андреева, М.В. Шраменко, Д. Якубович "Спектральная перестройка излучения двухпроходных суперлюминесцентных диодов", Пропэамма и материалы 4-ого Российско-Белорусского Семинара "ПЛ и системы на их основе", стр.27, Минск, 2002.

77. М. Seeger, А. Gh. Podoleanu, D.A. Jackson "Preliminary Results of Retinal Tissue Imaging Using Coherence Radar Technique", at Appl. Opt. Div. Conference, Reading, 16-19 September, Proc. pp.64-68, 1996.

78. J. A. Izatt, M.R. Нее, D. Huang, J.G. Fujimoto, E.A. Swanson, C.P. Lin, J.S. Schuman, and C.A. Puliafito "Optical Coherence Tomography for Medical Diagnostics", Medical Optical Tomography, pp.450-472. -202

79. A.R. Adams "Band Structure engineering for low-threshold hihg-efficiency semiconductor lasers", Electron. Lett., Vol.22, No.5, pp.249-250, 1986.

80. E. Yablonovitch and E.O. Kane "Band structure engineering of semiconductor lasers for optical communications", J. Lightwave Technol., Vol.6, No.8, pp.1292-1299, 1988.

81. M. Silver and E.P. O'Reilly "Optimization of long wavelength InGaAsP strained quantum-well lasers", IEEE J. Quantum Electron., Vol.31, No.7, pp.1193-1200, 1995.

82. E.P. O'Reilly and A.R. Adams "Band-structure engineering in strained semiconductor lasers", IEEE J. Quantum Electron., Vol.30, No.2, pp.366-379, 1994.

83. K. Iga, K. Wakas, and T. Kunikane "Mode reflectivity of tilted mirrors in semiconductor lasers with etched facets", Appl. Opt,, Vol. 20, pp.2367-2371, 1981.

84. J. Salzman, R. J. Hawkins, and T. P. Lee "Modal coupling in tilted-mirror waveguide lasers and amplifiers". Opt. Lett., Vol. 13, pp.455-457, 1988.

85. E. Nishimura, N. Morita, and N. Kumagai "Scattering of guided modes caused by an arbitrarily shaped broken end in a dielectric waveguide", IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., Vol. MTT-31, pp.923-930, 1983.

86. T. L. Paoli "Waveguiding in a stripe-geometry junction laser", IEEE J. Quantum Electron., Vol. QE-13, p.662, 1977.

87. M. Борн, Э. Вольф "Основы оптики", М., "Наука", 1970. 203-

88. S. Wang, W. H. Cheng, C. J. Hwang, W. K. Bums and R. P. Moeller "High- power low-divergence superradiance diode", Appl. Phys. Lett., Vol. 41, Issue 7, pp.587-589, 1982.

89. N. K. Dutta, P. P. Deimel "Optical Properties of a GaAlAs Superluminescent Diode", IEEE J. Quantum Electron., Vol. 19, No. 4, pp.496-498, 1983.

90. G. A. Alphonse, D. B. Gilbert, M. G. Harvey and M. Ettenberg "High-Power Superluminescent Diodes", IEEE J. Quantum Electron, Vol. 24, No. 12, pp.2454-2457, 1988.

91. A.T. Semenov, V. K. Batovrin, I. A. Garmash, V. R. Shidlovski, M. V. Shra- menko, S. D. Yakubovich "(GaAl)As Single Quantum-Well Superluminescent Diodes with Extremely Low Coherence Length", Electron. Lett., 31 (4), 314, 1995.

92. Дональд Дж. Стерлинг "Техническое руководство по волоконной оптике", М.: Издательство «Лори», 2001.

93. И. И. Граднев "Волоконно-оптические линии связи", М.: «Радио и Связь», 1990.

94. М. М. Бутусов, Л. Галкин, П. Оробинский, Б. П. Пал "Волоконная оптика и приборостроение" (под общей редакцией М. М. Бутусова), Л.: «Машиностроение» (Ленинградское отделение), 1987.

95. М. М. Бутусов, М. Верник, Л. Галкин, В. Н. Гомзин, Б. М. Машков- цев, К. Н. Щелкунов "Волоконно-оптические системы передачи: Учебник для ВУЗов", М.: «Радио и Связь», 1992.

96. N. L. Christian and L. К. Passauer "Fiber Optic Component Design, Fabrication, Testing, Operation, Reliability and Maintainability", Noyes Data Corporation, 1989.

97. D. R. Campbell "Advanced Coupler Components Fabricated From Polarization Maintaining Fiber", SPIE Components for Fiber Optic Applications IV, Proceedings, VoL 1176,pp.25-31, 1989. 204-

98. А. К. Das and В. Rakshit "Optical fiber couplers", SPIE Components for Fiber Optic Applications IV, Proceedings, Vol. 1176, pp.48-56, 1989.

99. A.T. Semenov, V.R. Shidlovski, D.A. Jackson, R. Willsch, W. Ecke "Spectral Control in multisection AlGaAs SQW Superluminescent Diodes at SOOnm", Electron. Letters, Vol. 32 (3), pp.255-257, 1996.

100. J.G. Fujimoto, Т.Н. Ко, D.C. Adler, D. Mamedov, V. Prokhorov, V. Shidlovski, S. Yakubovich, J. Duker, J.S. Schuman "New Technology for ultrahigh resolution optical coherence tomography imaging using diode light sources", 2004.

101. D.C. Adler, Т.Н. Ко, J.G. Fujimoto, D. Mamedov, V. Prokhorov, V. Shidlovski and S. Yakubovich "Ultrahigh Resolution Optical Coherence Tomography using Broadband Superluminescent Diodes", 2004. ф -205-