Оптоелектронні пристрої на основі надрешіток і квантових точок. Вертикально-випромінюючі лазери

Основные приборы на сверхрешетках - оптоэлектронные (инжекционные лазеры и светодиоды, пассивные элементы, фотоприемники), приборы с отрицательным дифференциальным сопротивлением, транзисторы.

Основной чертой оптоэлэктроники является замена традицион­ного электронного способа передачи и обработки информации на оптический.Основными полупроводниковыми элементами системы оптической передачи информации являются: электрически управляе­мый источник электромагнитного излучения (светодиод или инжекционный лазер), элемент, передающий или преобразующий оптиче­ские сигналы (волновод, модулятор, дефлектор, направленный от­ветвитель и т. д.), и элемент, преобразующий свет в электрические сигналы (фотоприемник). До сих пор сверхрешетки успешно приме­нялись в светоизлучателях и фотоприемниках.

Один із напрямків, що є основним з погляду накопиченого практичного досвіду в застосуванні досягнень елементної бази квантової електроніки при створенні оптоелектронних схем для пристроїв обробки інформації із двовимірними й тривимірними з’єднаннями, є оптоелектронні ІС, що основані на широкому використанні матриць вертикально випромінюючих лазерів. Ключовим моментом тут є використання так званих напівпровідникових поверхневих вертикально випромінюючих лазерів (ВВЛ).

Важливим питанням для багатьох вертикально випромінюючих лазерів є однорідність різних фізичних параметрів лазерів (керуючі напруги і напруги зсуву, граничні струми, квантові ефективності, кутові розходження, довжини хвиль і ін.) по всьому масиві випромінювачів. Зрозуміло, що вимоги до однорідності того або іншого фізичного параметра повинні визначатися характером прикладних задач, в яких будуть використовуватися матриці ВВЛ. Наприклад, однорідність довжини хвилі випромінювання лазерів важлива там, де масив лазерів використовується в сполученні з оптичними модуляторами типу резонаторів Фабрі-Перо. В інших випадках вимоги до однорідності довжини хвилі випромінювання не так важливі. Навпаки, у системах, де реалізується частотне мультиплексування інформаційних каналів, необхідна контрольована зміна довжин хвиль генерації лазерів у межах масиву ВВЛ.

Важливими факторами, що сприяють використанню оптичних зв’язків, є значний прогрес в дослідженнях і технології виготовлення матриць вертикально випромінюючих лазерів з низьким пороговим струмом лазера (до 10-30 мкА) і швидкодіючих напівпровідникових фотоприймачів з високою чутливістю, а також успіх, досягнутий в інтеграції таких елементів з електронними схемами обробки сигналів, що призвело до створення принципово нової оптоелектронної інтегральної структури, яка отримала назву смарт-піксел (smart pixel)

У бистродействющіх оптоволоконних системах передачі інформації знаходять все більш широке застосування напівпровідникові вертикально-випромінюючі лазери (ВВЛ) В даний час розпочато промисловий випуск ВВЛ, випромінюючих в діапазонах довжин хвиль поблизу 850 і 980 нм. Незважаючи на успішний розвиток технології ВВЛ для цих спектральних діапазонів, більш важливим завданням є створення аналогічних приладів для довжин хвиль 1.3 і 1.55 мкм.
Необхідність створення ВВЛ, що працюють в цих діапазонах, пов'язана з наступними причинами. У кварцових стеклах, використовуваних для виготовлення оптоволокна, мінімум оптичних втрат відповідає довжині хвилі випромінювання 1.55 мкм. А довжині хвилі 1.3 мкм відповідає мінімальна дисперсія, що дозволяє зменшити уширення імпульсів при їх проходженні по оптоволокну і, за рахунок цього, підвищити швидкість передачі інформації.
У порівнянні з традиційними лазерами полосковой конструкції (рис.2.9, a), в яких висновок оптичного випромінювання здійснюється через одне з дзеркал, утворених торцевою поверхнею лазерної структури, ВВЛ (рис.2.9, b,) володіють більш симетричною діаграмою спрямованості виведеного оптичного випромінювання. Це забезпечує більш ефективний введення оптичного випромінювання в волокно. До інших важливих достоїнств ВВЛ відноситься підвищена температурна стабільність довжини хвилі лазерного випромінювання, а також можливість застосування групової технології виготовлення та тестування.

mirror - дзеркала