Полупроводниковые оптические усилители бегущей волны ближнего ИК-диапазона спектра и приборы на их основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.03, кандидат технических наук Лобинцов, Андрей Александрович

• Лобинцов, Андрей Александрович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лобинцов, Андрей Александрович

3.3 Лазер спектрального диапазона 780-880нм с перестраиваемым акустооптическим фильтром во внешнем кольцевом оптоволоконном

резонаторе

Заключение

Благодарности

Литература

Сокращения и условные обозначения.

АКМ - автоматический контроль мощности

АКТ - автоматический контроль тока

АКФ - автокорреляционная функция

АОПФ - акустооптический перестраиваемый фильтр

ВБР - волоконная брегговская решетка

ГЭС - гетероэпитаксиальная структура

ДКРС - двуслойная квантоворазмерная структура

ИК - инфракрасный

КОД - катастрофическая оптическая деградация КРС - квантоворазмерная структура ЛД - лазерный диод

MB С - многомодовый волоконный световод

МКРС - многослойная квантоворазмерная структура

МОС-гидридная эпитаксия - газотранспортная эпитаксия из металло-

органических соединений

ОВС - одномодовый волоконный световод

ОКРС - однослойная квантоворазмерная структура

ОКТ - оптическая когерентная томография

ПОУ- полупроводниковый оптический усилитель

ПФФП - перестраиваемый фильтр Фабри-Перо

СЛД - суперлюминесцентный диод

PILOT - серия электронных драйверов для СЛД-модулей и ПОУ-модулей Обозначения переменных.

с — скорость света

da - толщина активного слоя

Еа - энергия активации

/- фокусное расстояние

g - погонное оптическое усиление

G - полное оптическое усиление

к - постоянная Планка Л 1поу ~ ток накачки ПОУ

? - плотность фотонов, распространяющихся в активном канале в прямом направлении

Г - плотность фотонов, распространяющихся в активном канале в обратном направлении

у - плотность тока инжекции

к - постоянная Больцмана

Ьа - длина активного канала

Ьс - длина когерентности

N - плотность носителей

пе(т - эффективный показатель преломления

Р - оптическая мощность

Рех - входная оптическая мощность

Рвых - выходная оптическая мощность

PFS - оптическая мощность излучения в открытое пространство Р$м - мощность излучения из ОВС Я - коэффициент отражения

Б - интегральная скорость спонтанной рекомбинации пр - глубина модуляции спектра, риппл

- щирина активного слоя а - нерезонансные оптические потери основной моды Б - доля спонтанного излучения, введенного в основную моду Т|е — эффективность инжекции Г- фактор оптического ограничения Х0 - центральная длина волны спектра 8/1 - спектральная полоса V - частота излучения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Полупроводниковые оптические усилители бегущей волны ближнего ИК-диапазона спектра и приборы на их основе»

Введение.

В 1960-м году был создан первый твердотельный лазер, в 1961-м -первый газовый лазер. В этом году отмечается 50-летний юбилей создания полупроводниковых лазеров [1]. Это стало возможным вскоре после того, как ученые пришли к выводу, что реализация инверсной населенности энергетического спектра проще достигается в прямозонных полупроводниках, и обратились от классических полупроводников -германия и кремния к соединениям групп АШВУ, АпВУ1и AIVBVI. Эти события были ознаменованы присуждением Н. Г. Басову, А. М. Прохорову и Ч. Таунсу Нобелевской премии 1964 года.

К 1965 году в СССР и США были созданы экспериментальные образцы полупроводниковых лазеров на основе кристаллов GaAs, InP, InAs, InSb, CdS, CdTe, PbTe, PbSe и твердых растворов Ga(AsP), In(AsP), (InGa)As, которые работали при инжекционной, катодной и оптической накачках в различных точках видимого и инфракрасного диапазонов оптического спектра от 500 нм до 8500нм [2].

Современную технику невозможно представить себе без использования лазеров. По оценкам аналитиков журнала Laser Focus World в 2010 г. объем продаж на мировом лазерном рынке вернулся на докризисный уровень и составил 6,4 млрд. долл. [3]. Более половины этой суммы - 51% приходится на полупроводниковые лазеры. Если же провести сравнение не по стоимости, а по количеству реализованных приборов, то перевес в пользу полупроводниковых лазеров, главным образом лазерных диодов (ЛД), выглядит гораздо разительней. Полупроводниковые лазеры относительно дешевы. В год их производится и реализуется сотни миллионов штук, в то время как объем продаж остальных типов лазеров вместе взятых составляет сотни тысяч штук в год.

Полупроводниковые лазеры применяются в оптических системах передачи информации, в первую очередь, в волоконно-оптических (ВОСПИ), в оптоэлектронных системах записи и считывания информации, в разного

рода оптических датчиках, в различных технологических процессах (гравировка, пайка, сварка и др.), в источниках оптической накачки твердотельных лазеров, в диагностической и терапевтической медицинской аппаратуре, в печатающих устройствах, в дальномерах, целеуказателях и ряде других приборов. Именно полупроводниковые лазеры прочно вошли в повседневный быт современного человека. Разговаривая по телефону, используя Интернет, записывая информацию на компакт-диск или считывая ее, распечатывая документы на лазерном принтере, пользуясь аудио- или видеоплейером, оплачивая покупки в супермаркете, пользуясь лазерной указкой, мы приводим в действие те или иные ЛД. Наряду с этим ЛД широко используются в спектроскопии, интерферометрии, микроскопии, оптической метрологии и в разнообразной научно-исследовательской аппаратуре. Широко ведутся исследования по оптическим и оптоэлектронным методам обработки информации, в которых полупроводниковым лазерам отводится ведущая роль.

Столь широкое распространение полупроводниковых лазеров объясняется их общеизвестными достоинствами: высокой эффективностью прямого преобразования электрической энергии в когерентное излучение, широким выбором реализуемых длин волн излучения - от УФ до дальнего ИК диапазона спектра, миниатюрностью, высокой надежностью, простотой управления выходными характеристиками излучения, высоким быстродействием, удобством интеграции с электронными микросхемами, интегральнооптическими устройствами и оптоволоконными световодами, низкой стоимостью при массовом выпуске. За минувшие годы, исследованию полупроводниковых лазеров были посвящены тысячи теоретических и экспериментальных работ, опубликованы десятки обзоров и монографий. Исследования и разработки новых приборов этого класса продолжаются по сей день [4,5].

Первые инжекционные лазеры («гомолазеры») представляли собой однородные по составу решетки кристаллы, содержащие диффузионный или

сплавной р-п переход, расположенный перпендикулярно плоскостям спайности, скалывание по которым позволяло сформировать резонатор. Эти ЛД были работоспособны только при криогенных температурах. Это сильно сдерживало их практическое применение. Тем не менее, основные физические характеристики ЛД были достаточно глубоко изучены уже на этом этапе. Дальнейший прогресс ЛД связан с развитием гетероэпитаксиальных технологий выращивания полупроводниковых лазерных структур. Первым крупным достижением на этом пути было создание «гетеролазеров» ближнего ИК-диапазона спектра вначале на основе односторонних (ОГС), а затем двусторонних (ДГС) гетероструктур с использованием изопериодических твердых растворов ОахА11.хАз [6-8]. По сравнению с гомолазерами в этих приборах обеспечивается более сильное пространственное ограничение неравновесных носителей заряда и фотонов, что значительно снижает пороговую плотность тока инжекции и ослабляет ее температурную зависимость. В 1970 г. был реализован непрерывный режим генерации этих лазеров при комнатной температуре [9]. Это ознаменовало начало резкого расширения областей практического использования ЛД. Указанные достижения были удостоены Ленинской премии 1972 года и сыграли решающую роль в присуждении Ж. И. Алферову Нобелевской премии 2000 года. Широко развернулась разработка подобных приборов на основе других полупроводниковых материалов для других спектральных диапазонов. Важной вехой стало создание гетеролазеров на основе четверных твердых растворов 1пхОа1.хРуАв1_у [10-14], перекрывающих спектральный диапазон 640 - 1900 нм, куда, в частности, попадают длины волн 1300 нм и 1550 нм, соответствующие минимумам дисперсии и оптических потерь в кварцевых волоконных световодах. Этот цикл работ был отмечен Государственной премией СССР 1984 года. Лазерные диоды и полупроводниковые оптические усилители (ПОУ) указанного спектрального диапазона широко используются в ВОСПИ. Отметим, что в настоящее время почти треть мирового лазерного рынка (30,6%) приходится на лазеры для

систем оптической связи [3]. В эту группу попадают и некоторые другие типы лазеров и волоконно-оптические усилители (ВОУ), но подавляющее большинство составляют ЛД и ПОУ.

Во второй половине 70-х годов совершенствование технологического оборудования для молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и газотранспортной эпитаксии из металлоорганических соединений (МОС ГФЭ) сделало возможным выращивание полупроводниковых лазерных гетероструктур с квантоворазмерными активными слоями (КРС) [15-17]. Термин «наноструктура» начал использоваться много позже. ЛД на основе однослойных и многослойных КРС с одномерными квантовыми ямами, содержащими двумерный электронный газ, получили в настоящее время наиболее широкое распространение. Созданные позже КРС с квантовыми нитями и квантовыми точками продолжают интенсивно исследоваться, но пока имеют ограниченное практическое применение, что связано как с технологическими сложностями, так и с трудностью получения достаточно высокой внешней квантовой эффективности, несмотря на рекордные результаты по пороговой плотности тока и ее температурной зависимости (Рис.В1).

Параллельно с совершенствованием лазерных гетероструктур происходило совершенствование и конструкций ЛД. Это относится как к традиционной конструкции с плоскими зеркалами резонатора Фабри-Перо, ориентированными перпендикулярно оси активного канала, так и к новым конструкциям - ЛД с распределенной обратной связью (РОС) [18], ЛД с вертикальным резонатором (УС8ЕЬ) [19], монолитные фазированные наборы ЛД [20], многообразные многосекционные ЛД и др.

Термин «полупроводниковый оптический усилитель» (ПОУ) привился в русскоязычной литературе относительно недавно. Ранее использовались термины «полупроводниковый квантовый усилитель» (ПКУ) и «полупроводниковый лазерный усилитель» (ПЛУ). Исследования ПОУ начались в 60-х годах сразу после создания первых ЛД [22-24]. Эти

исследования развивались по двум направлениям, а именно: регенеративные (резонансные) ПОУ и ПОУ бегущей волны. Первые конструктивно не отличаются от традиционных ЛД. Особенностью их применения является то, что рабочий ток инжекции устанавливается вблизи порога генерации выше порога просветления. При этом входной сигнал на длине волны, соответствующей одной из продольных мод резонатора, может испытывать значительное многопроходное усиление.

Годы Temperature, °С

б

Рис. В.1 (а) Эволюция пороговой плотности тока при комнатной температуре в инжекционных лазерах разных поколений : 1-структуры на основе GaAs-технологии; 2-структуры на основеїпР-технологии [4]. (б) Нормированные температурные зависимости порогового тока для различных ДГС лазеров: объемных (а), с квантовыми ямами (Ь), с квантовыми проволоками (с) и с квантовыми точками (d) [5].

ПОУ бегущей волны отличаются от традиционных ЛД тем, что в них теми или иными методами максимально возможно подавлена положительная оптическая обратная связь. Другими словами, в них предельно снижено отражение на торцах активного канала. В результате порог самовозбуждения сильно повышается, а однопроходное оптическое усиление может достигать весьма значительной величины.

Первые экспериментальные образцы полупроводниковых квантовых усилителей представляли собой «широкие» лазерные диоды из ваАБ, работающие в импульсном режиме при криогенных температурах. Для повышения порога самовозбуждения производилось нанесение просветляющих покрытий на зеркала резонатора или их «разъюстировка» путем сошлифовки под некоторым углом торцевой грани кристалла лазера. В качестве входного сигнала использовалось излучение гомолазера с «широким» резонатором в спонтанном режиме или в режиме генерации. В начале 70-х годов в НИИ «Полюс» Л. А. Ривлиным с сотрудниками при изготовлении экспериментальных образцов ПОУ 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 [25, 26]. Тогда же было впервые введено понятие суперлюминесцентного диода (СЛД). При исследовании свойств СЛД было обнаружено, что его спектральные характеристики очень похожи на характеристики полупроводниковых светоизлучающих диодов (СИД), в то время как выходные мощности на порядки выше и приближаются к оным у лазерных диодов (ЛД). Вдобавок СЛД обладает небольшой расходимостью излучения и малой площадью тела свечения (высокой яркостью), что обуславливает относительно легкое введение его выходного излучения в оптическое волокно. Параллельно и независимо аналогичные исследования проводились в НИИ Прикладной физики под руководством Л. Н. Курбатова [27].

Ранние исследования ПОУ [22-24] касались режима усиления бегущей волны в диодах с просветленными гранями. Однако до середины 80-х годов большая часть опубликованных экспериментальных работ относилась к резонансным (регенеративным) усилителям, в которых обратная связь не минимизировалась и усиление входного сигнала достигалось при накачке в

непосредственной близости к порогу генерации (на 1-2% ниже порога). Такой вариант был реализован в 1980 году в лабораторных условиях [28-31]. Несколькими годами позже появляются работы [32,33] целью которых являлся сравнительный анализ усилителей бегущей волны и резонансных усилителей и оценка перспектив их применения в волоконно-оптических системах передачи информации (ВОСПИ).

Однопроходное оптическое усиление на некоторой длине ВОЛНЫ Gs(k) в линейном приближении определяется следующим выражением:

G,(A) = exp{te(¿)-a]£eh (В.1)

где La - длина активного канала, - удельный коэффициент

усиления, а а- удельный коэффициент нерезонансных оптических потерь.

Спектр полного оптического усиления G(X) регенеративного ПОУ с коэффициентами отражения от передней и задней грани R¡ и R2 соответственно описывается выражением [21,31, 40, 41]:

(1 - JrXGs(Я))2 + 4Vw^(A)sin2[(Я -Ят)/ ДА]' где X - длина волны излучения в свободном пространстве, Хт -ближайшая резонансная длина волны, ДА, = X /2neffLa - межмодовый интервал, neff - эффективный показатель преломления активного канала.

Следует отметить, что применение резонансных ПОУ встречает целый ряд серьезных практических трудностей, в том числе:

• узкая спектральная полоса усиления (и соответственно резкая зависимость усиления от длины волны) требует точной настройки усилителя на частоту входного сигнала для обеспечения достаточно высокого коэффициента усиления;

• резкая зависимость усиления от степени близости тока инжекции к пороговому току требует точного поддержания уровня накачки;

• ввиду сильного различия коэффициентов усиления излучения ортогональных поляризаций в волноводном резонаторе полный

коэффициент усиления сильно чувствителен к поляризации излучения входного сигнала; • температурное смещение узкого контура усиления, а также зависимость порогового тока от температуры требуют непременной жесткой термостабилизации.

С практической точки зрения преимущество имеют усилители бегущей волны, обладающие широкой полосой усиления, меньшей чувствительностью к температуре и поляризации. ПОУ бегущей волны более стабилен в работе и имеет более высокое быстродействие и больший динамический диапазон, чем резонансный усилитель. В работах [30, 33] было показано, что отношение сигнал/шум в усилителе бегущей волны значительно выше, чем в резонансном, что позволяет реализовать более чувствительные ретрансляторы и фотоприемные устройства ВОСПИ.

Одно из первых систематических исследований ПОУ с «узким» активным каналом» при узкополосном входном сигнале проведено в цикле работ [34-37]. При теоретических расчетах была использована феноменологическая зонная модель [38], хорошо зарекомендовавшая себя при описании физических процессов в гомолазерах и дающая удовлетворительные результаты в применении к «объемным» гетеролазерам [39,44]. Достоинством этой модели является то, что она позволяет получить аналитические выражения для спектральной плотности спонтанного излучения 8(А.) и спектра погонного оптического усиления ^(к), зависящие только от положения квазиуровня Ферми и температуры. В одномерном приближении, считая указанные величины независящими от координаты (ось ъ направлена вдоль оси активного канала ПОУ длиной Ьа), стационарные передаточные характеристики ПОУ могут быть описаны следующей системой уравнений:

с

с

(В.З)

= S + Г[/+ (Д, Z) + /- (Я, ,

J = w\j(z)dz,

где 1+, Г - спектрально-пространственные плотности фотонных потоков, распространяющихся в положительном и отрицательном направлениях; в - относительный угол захвата спонтанного излучения; neff - эффективный показатель преломления; с - скорость света; а - коэффициент нерезонансных оптических потерь; Т|е- эффективность инжекции; j(z) - плотность тока инжекции; е - заряд электрона; da , W - эффективные толщина и ширина активного канала ПОУ; J - полный ток инжекции; S - интегральная скорость спонтанной рекомбинации.

В указанном приближении при условии, что на вход усилителя (z = 0) поступает сигнал со спектральной плотностью 1+(Л,,0) , спектр выходного излучения описывается соотношением:

Первое слагаемое соответствует усиленному входному сигналу, второе -усиленному спонтанному излучению (суперлюминесценции). В случае, если входной сигнал мощностью Рвх с центральной длиной волны имеет узкую спектральную полосу ЪХ, в пределах которой можно считать g(X) = const, то полезная выходная мощность определяется выражением:

Г (Л, La) = /+(A,0)exp{(g(A) - a)LJ +

S(À)£

[exp{[g(A)-a]£0}-l], (В.4)

c[g(À)-a]

Рвы* = Рвх exp{[g(A0) -a]LJ = Рвх ■ G(A0),

(В.5)

где G(A,0) - полное усиление. Если на выходе усилителя не использовать спектральной фильтрации, то его чувствительность определяется соотношением полезной и полной выходной мощности, в которую входит мощность суперлюминесцентного излучения (интеграл по X второго слагаемого). Использование спектральной фильтрации позволяет многократно повысить чувствительность ГТОУ. При малых входных сигналах величина G и мощность суперлюминесценции не зависят от величины Рвх. С ростом Рвх начинается насыщение усиления, а мощность суперлюминесценции может быть значительно подавлена. Диапазоном линейного усиления принято считать диапазон Рвх, в пределах которого величина G изменяется не более, чем на ЗдБ от своего максимального значения. На рис. В2 представлены расчетные и экспериментальные стационарные передаточные характеристики полоскового ПОУ на основе «объемной» (GaAl)As-reTepocTpyKTypbi при узкополосном входном сигнале (ЬХ < 0,1нм) на длине волны, соответствующей максимуму g(A-), для двух различных токов инжекции J (Ji > J2) [37]. Короткими горизонтальными стрелками отмечены мощности усиленного спонтанного излучения -интегральная (Рсш и Рспг) и в полосе 0,1 нм (РспГ и Рспг')- Длинными горизонтальными стрелками отмечены диапазоны линейного усиления. Если величина Рвх находится в пределах данного динамического диапазона, то выходной сигнал практически без искажений повторяет форму входного, а быстродействие определяется полосой оптического усиления ПОУ (порядка одного ТГц) и составляет около 1 пс. При насыщении усиления быстродействие определяется переходными оптоэлектронными процессами в ПОУ и составляет около 1 не. На практике, в первую очередь в ВОСПИ, используются оба режима усиления.

Рис. В2 Стационарные передаточные характеристики ПОУ на основе ДГС на длине волны, соответствующей максимуму оптического усиления при двух различных уровнях накачки (а - расчет; б - эксперимент) [37].

Наряду с ПОУ в ВОСПИ широко используются оптические усилители на основе легированных редкоземельными элементами волоконных световодов (ВОУ). Эти усилители оптического сигнала характеризуются достаточно широким спектром усиления, высокой выходной мощностью насыщения, большей по сравнению с одномодовыми ПОУ (сотни мВт против десятков мВт), высоким усилением - до 50 дБ, низким уровнем диссипативных потерь [42]. Однако, помимо очевидных достоинств, они обладают и рядом недостатков. К ним относятся высокая стоимость подобных световодов, необходимость использования мощных дорогостоящих лазерных диодов накачки, возможность работы в ограниченных интервалах длин волн ИК-диапзона спектра (для волокон, активированных Ег, центр спектра усиления лежит в районе 1550 нм, активированных неодимом (Мс!) и празеодимом (Рг) - 1300 нм), отсутствие ВОУ в ближнем Ж-диапазоне.

В оптоволоконных системах для усиления сигналов можно использовать нелинейные явления, такие, как вынужденное рамановское/комбинационное рассеяние (ВКР), вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) и параметрическое усиление. Для ВКР-усилителя типичными параметрами являются коэффициент усиления в ЗОдБ в полосе 5-10 ГГц [43], на параметрических усилителях удалось реализовать усиление в 45 дБ (при накачке 30-70Вт). Эти усилители энергоемки, весьма дороги и не получили пока широкого распространения.

Не последнюю роль в бурном развитии оптоэлектроники сыграл повышенный интерес к телекоммуникационной сфере. Так в 80-е годы самые мощные компьютеры обладали объемом памяти в несколько мегабайт, сейчас счет идет на терабайты, необходимая скорость передачи информации возросла на несколько порядков. Такие скорости передачи информации для традиционной электроники практически недостижимы. Есть кроме того целый ряд недостатков электронных каналов передачи информации. К примеру, низкая помехозащищенность, размерные эффекты. Решение этих проблем методами традиционной электроники приводит к весьма сложным и дорогостоящим решениям.

Оптимальные решение находятся при совместном использовании электронных и оптических явлений. На базе оптоэлектроники были созданы принципиально новые приборы и опробованы принципиально новые методы, которые нашли широкое применение в информатике, измерительной технике, технике связи и т.д. Многообещающие перспективы применения оптоэлектроники в области обработки, передачи и хранения информации определяют такие ее принципиальные достоинства, как:

1. Высокая информационная емкость оптических каналов,

13 15

обусловленная высокой частотой (10 -Ю'Тц) оптических колебаний.

2. Высокая плотность записи и надежность хранения информации в оптических запоминающих устройствах.

3. Передача информации электрически нейтральными частицами-фотонами, что определяет высокий уровень помехозащищенности оптических телекоммуникационных каналов

Использование ПОУ в ВОСПИ не ограничивается ретрансляторами и приемными устройствами. Они также широко применяются в качестве модуляторов, логических затворов, переключателей, маршрутизаторов, нелинейных конверторов. Сказанное относится к ПОУ спектрального диапазона 1300-1600 нм. В настоящее время серийно выпускаются десятки моделей таких приборов. В последние годы широкое распространение получили локальные ВОСПИ, в которых используется излучение «ближайшего» ИК-диапазона спектра 800-1000 нм, однако, для этих систем ПОУ пока не востребованы.

ПОУ спектрального диапазона 750-1100 нм применяются, главным образом, в качестве выходных усилителей для различных маломощных лазерных систем, а также в качестве активных элементов инжекционных полупроводниковых лазеров с внешним резонатором (ИЛВР). Конструкции ИЛВР весьма многообразны [44-47]. Наиболее широкое распространение получили миниатюрные ИЛВР в интегральном исполнении, содержащие распределенные брэгговские зеркала (РБЗ). Подавляющее большинство передатчиков ВОСПИ со спектральным уплотнением каналов (WDM) построено на основе таких лазеров. Широко используются и другие типы внешних резонаторов - объемные и оптоволоконные. В частности, ПОУ во внешнем кольцевом оптоволоконном резонаторе позволяет реализовать гироскоп (ВОГ) на основе эффекта Саньяка [48]. Применение во внешних резонаторах разнообразных спектрально-селективных элементов позволяет реализовать широкую гамму одночастотных и перестраиваемых лазеров. Для последних особый интерес представляют квантоворазмерные ИЛВР, позволяющие обеспечить широкие диапазоны спектральной перестройки. Еще в конце 80-х годов А. Ярив с сотрудниками экспериментально

продемонстрировали непрерывную перестройку в полосе 760-840 нм, используя ЛД на основе КРС и дифракционную решетку во внешнем объемном резонаторе [49]. К сожалению, ПОУ указанного спектрального диапазона, особенно широкополосные, представлены на оптоэлектронном рынке весьма скромно.

В качестве спектрально-селективного элемента ИЛВР часто используется акусто-оптический перестраиваемый фильтр (АОПФ). Этот элемент обладает важными достоинствами: во-первых, в нем отсутствуют механические подвижные части; во-вторых, спектральное положение его полосы пропускания определяется частотой электрического ВЧ-сигнала. Это обеспечивает высокую точность и воспроизводимость спектральной перестройки ИЛВР. Кроме того, указанная перестройка может производиться достаточно быстро - со скоростью более 106 нм/сек [50, 51] .

Принцип работы АОПФ основан на взаимодействие световой и акустической волны. Звуковая волна, распространяясь в кристалле фильтра, создает сжатия и растяжения материала. В результате изменяется диэлелектрическая проницаемость среды, и, как следствие, ее коэффициент преломления. Таким образом в кристалле создается периодическое изменение коэффициента преломления с периодом, равным половине длины звуковой волны. На этой «решетке» и происходит дифракция света. Конструкции таких фильтров довольно сложны, при их использовании необходима термостабилизация, фильтр чувствителен по отношению к поляризации входного сигнала, необходимо широкополосное просветление входной и выходной граней кристалла. На Рис. ВЗ изображена одна из конструкций АОПФ с квазиколлинеарным взаимодействием световой и акустической волн. Возбуждение акустической волны в кристалле 1 акустооптического фильтра происходит с помощью пьезопреобразователя 2. Акустическая волна, отразившись от грани фильтра, распространяется параллельно оси кристалла и, попав на противоположную грань, отражается и попадает на акустический поглотитель 3. Упавший под углом 0 к оси

кристалла луч света 4 дифрагирует на бегущей дифракционной решетке и перераспределяется между нулевым 5 и первым 6 порядками дифракции.

2

3

Рис. ВЗ Акусто-оптический фильтр:

1 - акусто-оптический кристалл, 2 - пьезопреобразователь, 3 - акустический поглотитель, 4 - входной параллельный луч света, 5 - нулевой порядок дифракции, 6 - дифрагированный луч света.

В данной схеме брэгговского взаимодействия существуют только дифракционные максимумы ш = 0 и ш = 1, максимумы ш = -1 и высших порядков отсутствуют. При этом интенсивность первого максимума будет наибольшей при условии:

Я

Бтв = — (В6)

2А' к '

где А, - длина световой волны в веществе, Л - длина звуковой волны. Спектральная полоса пропускания такого АОПФ на резонансной длине волны составляет десятые доли нм. Это позволяет реализовать перестраиваемый ИЛВР с шириной линии менее 0,1 нм. Эта величина далека от рекордных значений, но представляет большой интерес для ряда практических применений.

В настоящей работе исследовались ИЛВР с АОПФ данной конструкции на основе кристалла парателлурида Те02 во внешних оптоволоконных линейных и кольцевых резонаторах.

В последнее десятилетие бурно развивается оптическая когерентная томография (ОКТ) - методика получения in vivo изображений биологических тканей с пространственным разрешением до единиц мкм [52]. В различных системах ОКТ используются либо широкополосные (низкокогерентные) источники непрерывного излучения (чаще всего - СЛД), либо быстроперестраиваемые лазеры (swept-wavelength ОСТ). Наиболее широкое применение ОКТ-системы нашли в офтальмологической диагностике [53, 54], где обычно используются источники света ближнего ИК-диапазона спектра 800 - 900 нм, соответствующего минимуму оптического поглощения глазной жидкости, и скоростные спектрометры с ПЗС-линейками к качестве приемников интерференционного сигнала. В 2006 г. несколько фирм (Optopol Technology, Topcon Medical Systems, OPTOVUE и др.) начали серийный выпуск диагностической аппаратуры указанного типа.

Наряду с этим, в последние годы все больший интерес для офтальмологической диагностики вызывают источники излучения спектрального диапазона 1000 - 1100 нм. Это излучение глубже проникает в глазное дно и, как показано в ряде работ (см. например, [55]), позволяет получить больше информации о некоторых патологиях глаза. В полосе 1040 - 1060 нм имеется второе «окно прозрачности» глазной жидкости. И хотя оптическое поглощение в нем заметно выше, чем в ближнем ИК-диапазоне, это может быть скомпенсировано увеличением экспозиции, т.к. допустимые безопасные для глаза дозы облучения в этой полосе значительно выше. К сожалению, достаточно эффективные фотоприемные ПЗС-линейки для указанной полосы спектра пока отсутствуют. Поэтому приходится использовать схему ОКТ с одиночным фотоприемником и спектрально свипирующим лазером в качестве источника излучения. Такие лазеры могут быть реализованы на основе оптического волокна, активированного иттербием [56]. Однако схемы перестраиваемых лазеров на основе ПОУ являются предпочтительными в силу их более высокой эффективности. По оценкам специалистов фирмы Micron Optics, выпускающей подобные лазеры

с использованием оригинальных перестраиваемых волоконных фильтров Фабри-Перо (ФППФ), для реализации лазера, который будет востребован в ОКТ, требуется ПОУ-модуль диапазона 1040 - 1060 нм с уровнем насыщения выходной мощности не менее 30 мВт.

Для решения некоторых задач спектроскопии и интерферометрии требуются источники достаточно яркого излучения со спектральной шириной линии от десятых долей до единиц нм. Похожие требования иногда предъявляются к генераторам «затравочного» излучения в мощных твердотельных и волоконных лазерных системах. В последнем случае, кроме того, обычно требуется амплитудная модуляция излучения без искажения его спектра. Очевидным путем получения таких величин АХ является использование СЛД с теми или иными выходными спектральными фильтрами, обладающими требуемой полосой пропускания (отражения). Однако, такой путь малоэффективен, т.к. при этом полезно используется лишь малая доля (1-10 %) выходной оптической мощности СЛД.

Хорошо известно, что при подаче на вход полупроводникового оптического усилителя (ПОУ) достаточно мощного спектрально согласованного узкополосного сигнала в спектре выходного излучения доминируют фотоны в полосе входного сигнала. При насыщении усиления соответствующий спектральный пик может на 3-4 порядка превышать по яркости суперлюминесцентный «пьедестал» [44]. Аналогичный эффект наблюдается и для двухпроходных СЛД, если внешний отражатель обладает спектральной селективностью. В качестве таких отражателей могут быть использованы волоконные брегговские решетки (ВБР), при записи которых можно с высокой точностью обеспечить требуемые характеристики спектра отражения [57].

Ниже рассматриваются особенности ПОУ различных конструкций.

При работе ПОУ в отсутствие входного сигнала он фактически является усилителем собственного спонтанного излучения - СЛД. Этим

свойством прибор обязан особой конструкции активного элемента, позволяющей минимизировать отражения на гранях кристалла.

Возможные конфигурации активных элементов ПОУ бегущей волны сводятся к двум основным вариантам: типа Фабри-Перо с просветленными гранями (Рис.В4 а) и «брюстеровского» типа (Рис.В4 б), в котором прямой активный канал наклонен к граням кристалла на некоторый угол, что обеспечивает малое отражение назад в активный канал. Термин «брюстеровский» часто употребляется, хотя угол наклона оси активного канала к выходным граням обычно меньше угла Брюстера. Первый тип усилителей очень требователен к качеству просветления и для обеспечения работоспособности требует высококачественных многослойных антиотражающих покрытий (АОП). Активные элементы второго типа наиболее употребительны для ПОУ бегущей волны.

Innv I

■г

АОП

'ПОУ

О

::w J

т

а .

АОП

АОП

АОП

а. б.

Рис. В4 а. Активные элементы ПОУ с прямым волноводным активным каналом, ориентированным по нормали к торцевым граням (а) и под наклоном к торцевым граням (б).

Излучение, распространяющееся в волноводном активном канале, представляет собой набор дискретных волн, образующихся в результате отражений от боковых 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 может быть оценена по формуле [58]:

IV <

X

2 Л/л

/

п„

Л '

(В7)

где Я- длина ВОЛНЫ излучения, Г^ - эффективный коэффициент преломления накачиваемой активной волноводной области, а п5 -коэффициент преломления ненакачиваемых боковых областей.

Для ряда применений используются двухпроходные ПОУ с изогнутым активным каналом. В изображенной на Рис.В5 конструкции такого ПОУ волноводный канал наклонен под некоторым углом к выходной грани кристалла, но, в отличие от усилителя бегущей волны, ориентирован по нормали к задней грани с нанесенным отражающим покрытием (ОП). При такой конфигурации ПОУ для создания внешнего резонатора требуется обеспечить оптическую обратную связь только со стороны передней грани.

1г

АОП

Рис.В5. Активный элемент ПОУ с изогнутым волноводным каналом расположенным под углом 7° к выходной грани и по нормали к задней грани. На задней грани кристалла нанесено отражающее покрытие, на передней грани - антиотражающее.

Приведем кратко основные преимущества полупроводниковых оптических усилителей (ПОУ):

- возможность создания активных элементов в широком диапазоне оптического спектра - от ультрафиолетового до среднего инфракрасного;

- широкая спектральная полоса оптического усиления - от десятков до сотен нм;

- высокая выходная мощность;

- миниатюрность и высокая эффективность;

- простота ввода и вывода излучения в световоды;

- высокая степень интеграции в оптоэлектронные схемы и устройства;

ч - большой ресурс работы - до сотен тысяч часов.

Описание работы.

На сегодняшний день налажен серийный выпуск ПОУ «телекоммуникационного» диапазона спектра (см. например [41]), а ПОУ ближнего ИК-диапазона представлен на оптоволоконном рынке очень скромно. В то же время такие ПОУ, в особенности широкополосные, представляют большой интерес для ряда практических применений. Поэтому целью данной работы является разработка новых ПОУ превосходящих по своим параметрам имеющиеся аналоги и создание новых приборов на основе таких ПОУ.

В рамках диссертационной работы велись исследования по следующим направлениям:

- Разработка новых типов и усовершенствование ПОУ бегущей волны ближнего ПК-диапазона;

- создание ПОУ с полушириной контура усиления, превосходящей коммерчески доступные аналоги, на различные спектральные

диапазоны путем исследования и оптимизации гетероструктур, геометрии активных элементов и режимов работы ПОУ;

- создание достаточно надежных ПОУ с повышенной выходной мощностью;

- разработка узкополосных СЛД на базе ПОУ и ВБР;

- исследование и разработка быстроперестраиваемых лазеров на основе ПОУ-модулей и управляемых спектральных фильтров (АОПФ и ПФФП) во внешнем оптоволоконном резонаторе;

- исследование систем задающий генератор-усилитель мощности (МОРА), содержащих разработанные ПОУ;

Новизна работы:

- Разработаны оригинальные ПОУ-модули, полосы усиления которых совместно перекрывают спектральный диапазон 750-1 ЮОнм;

- разработан новый тип узкополосного источника света с шириной спектральной линии порядка 1 нм на базе ПОУ и ВБР;

- исследована МОРА-система на основе СЛД и ПОУ с клиновидным активным каналом с центральной длиной волны 850нм, полушириной 14нм и выходной мощностью на уровне 0.5Вт из МВС;

- исследованы быстроперестраиваемые (свиппирующие) лазеры спектральных диапазонов 780-880нм и 960-1080нм с мгновенной шириной линии менее ОДнм, скоростью перестройки до 106нм/с и выходной мощностью в единицы мВт из ОВС;

- исследованы МОРА-системы с перестраиваемыми лазерами спектральных диапазонов 825-875нм и 1030-1090нм в качестве задающих генераторов, способные поддерживать выходную мощность из ОВС на уровне 50мВт.

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

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разработаны ПОУ на основе лазерных гетероструктур (наноструктур) с квантоворазмерными активными слоями из (GaAl)As, GaAs и (InGa)As с полосами усиления 750-820нм, 800-870нм, 830-9 Юнм, 885-990нм и 960-1 ЮОнм. Исследованы передаточные характеристики лабораторных макетов ПОУ-модулей с входными и выходными ОВС. Их коэффициент усиления малого входного сигнала составлял 25-35 дБ, степень подавления суперлюминесцентного фона в режиме насыщения -30-50дБ, выходная оптическая мощность - до 30-70мВт.

2. ПОУ с клиновидным активным каналом спектрального диаппазона 820-870нм обеспечивает непрерывную выходную оптическую мощность до 500 мВт.

3. Разработаны источники света высокой яркости (выходная оптическая мощность из ОВС -5-8мВт) с длиной волны 1062нм и ширинами спектральных линий 0,5нм и 2,5нм на основе ПОУ и ВБР. При их использовании в качестве задающих генераторов в МОРА системе реализована выходная мощность до 50 мВт из ОВС.

4. Использование разработанных ПОУ-модулей в качестве активных элементов перестраиваемых лазеров с управляемыми фильтрами во внешних оптоволоконных линейных и кольцевых резонаторах позволяет обеспечить скоростную спектральную перестройку, включая линейное свиппирование длины волны с высокой точностью и воспроизводимостью. Исследованы лабораторные макеты таких лазеров, перестраиваемых в спектральных диапазонах 780-880нм и 1030-1080 со скоростью до 106нм/сек при мгновенной ширине спектральной линии менее ОДнм.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. E.V. Andreeva, Yu.O. Kostin, P.I. Lapin, A.A. Lobintsov, V.R. Shidlovski, M.V. Shramenko, S.D. Yakubovich "Strained QW InGaAs/GaAlAs/GaAs SLDs and SOAs for HR OCT at 840 and 1060 nm Bands" in Biomedical Optics (BIOMED), St.Petersburg, Florida (2008) Conf. Prog. BMD80

2. A.A. Лобинцов, M.B. Шраменко, С.Д. Якубович «Полупроводниковые оптические усилители спектрального диапазона 1000-1100 нм.», Квантовая электроника, 38(7), стр. 661-664, (2008)

3. Yu.O. Kostin, A.V. Kurtepov, P.I. Lapin, A.A. Lobintsov, A.A. Marmalyuk, D.R. Sabitov, S.D Yakubovich "High-power and broadband reliable SLDs at 840-860nm", 7th Belarusian-Russian Workshop "Semiconductor Lasers and Systems" Minsk 2009, Book of Papers, p.75-79

4. Yu.O. Kostin, A.V. Kurtepov, P.I. Lapin, A.A. Lobintsov, A.A. Marmalyuk, D.R. Sabitov, S.D Yakubovich " Semiconductor optical amplifiers with gain maximum at 1060 nm and novel devices based on them.", 7th Belarusian-Russian Workshop "Semiconductor Lasers and Systems" Minsk 2009, Book of Papers, p.80-83

5. E.V. Andreeva, Yu.O. Kostin, P.I. Lapin, A.A. Lobintsov M.V. Shramenko, S.D Yakubovich " Improved SLDs and SOAs for high resolution optical coherence tomography ",7th Belarusian-Russian Workshop "Semiconductor Lasers and Systems" Minsk 2009, Book of Papers, p. 108-110

6. A.A. Лобинцов, M.B. Перевозчиков, M.B. Шраменнко, С.Д. Якубович «Узкополосные двухпроходные СЛД с длиной волны излучения 1060 нм.», Квантовая электроника, 39(9), стр. 793-797, (2009)

7. A.A. Лобинцов, М.В.Перевозчиков, М.В.Шраменнко, С.Д. Якубович «Высокоэффективный полупроводниковый оптический усилитель спектрального диапазона 820-860нм.», Квантовая электроника, 40(4), стр. 305-309, (2010)

8. A.A. Лобинцов, М.В. Шраменко, С.Д. Якубович " Мощный и надежный ПОУ на основе (ОаАІ)Аз-наноструктурьі ", Труды XII Международной

конференции «Опто-,нанофотоника, нанотехнологии и микросистемы», стр. 37, Ульяновск (2010)

9. А.А.Лобинцов, М.В.Шраменко, С.Д. Якубович " Исследование лазерных систем с выходным ПОУ.", Труды XII Международной конференции «Опто-,нанофотоника, нанотехнологии и микросистемы», стр. 38, Ульяновск (2010)

10.Yu.O. Kostin, A.A. Lobintsov, S.D Yakubovich "Novel SOA with tapered active channel", Proc. of 5th Int. Conf. on Advanced optoelectronics and Lasers (CAOL'2010), p. 175, Sevastopol (2010)

11.Yu.O. Kostin, A.A. Lobintsov, S.D Yakubovich "Novel High-power SLDs with wide active channels", Proc. of 10th Int. Conf. on Laser & Fiber-Optical Networks Modeling (LFNM'2010), p. 10, Sevastopol (2010)

12.A.A. Padalitsa, M.A. Ladugin, A.A. Marmalyuk, Yu.O. Kostin, A.A. Lobintsov, S.D. Yakubovich "Broadband SLD heterostructures with spectral maximum in the range 750-800 nm grown by LP MOCVD", Extended abstracts of XIV European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy (EW-MOVPE 2011), p. 123-125, Wroclaw, Poland, June 5-8 (2011)

13.K.Hsu, A.A. Lobintsov, V.R. Shidlovskii, M.V. Shramenko, S.D. Yakubovich "Semiconductor laser with tunable Fabry-Perot filter in an external fiberoptic ring cavity.", 8th Belarusian-Russian Workshop "Semiconductor Lasers and Systems" Minsk 2011, Book of Papers, p.33-36

14.S.N. Ilchenko, Yu.O. Kostin, M.A. Ladugin, P.I. Lapin, A.A. Lobintsov, A.A. Marmalyuk, S.D. Yakubovich "Broadband superluminescent diodes emitting at 750-800 nm.", 8th Belarusian-Russian Workshop "Semiconductor Lasers and Systems" Minsk 2011, Book of Papers, p.91-95

15.S.N. Ilchenko, Yu.O. Kostin, M.A. Ladugin, P.I. Lapin, A.A. Lobintsov, A.A. Marmalyuk, S.D. Yakubovich "Broad-band SLDs emitting at 750-800 nm" in 11th Int. Conf. on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling. Kharkov, Ukraine, Conf. Proc. paper LFNM-003 (2011)

16.С.Н. Ильченко, Ю.О. Костин, И.А. Кукушкин, М.А. Ладугин, П.И. Лапин, А.А. Лобинцов, А.А. Мармалюк, С.Д. Якубович «Широкополосные СЛД и ПОУ спектрального диапазона 750-800 нм », Квантовая электроника, 41(8), стр. 677-680, (2010) 17.S.N. Ilchenko, А.А. Lobintsov, V.R. Shidlovskii, M.V. Shramenko, S.D. Yakubovich "High-power sweeping semiconductor light sources at 840 nm with up to 100 nm tuning range", Proc. of SPIE 8213, 82133A (2012)

Заключение диссертации по теме «Квантовая электроника», Лобинцов, Андрей Александрович

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Разработаны и исследованы новые ПОУ бегущей волны ближнего ИК-диапазона спектра на основе квантоворазмерных гетероструктур ("наногетероструктур") с активными слоями из GaAs и твердых растворов AlxGai„xAs, Iny Gay„i As различных составов. Изготовлены и частично внедрены в серийное производство ПОУ-модули с вводом/выводом излучения через оптоволоконные световоды, обеспечивающие следующими основными техническими характеристиками:

1.1 ПОУ повышенной мощности спектрального диапазона 820-860 нм с одномодовым и клиновидным активными каналами с максимальным коэффициентом усиления более 30 дБ и выходной мощностью до

50 мВт и до 500 мВт при выводе излучения через ОВС и МВС соответственно;

1.2 ПОУ спектрального диапазона 760-825 нм с коэффициентом усиления до 26 дБ и выходной мощностью до 30 мВт;

1.3 ПОУ спектрального диапазона 780-875 нм с коэффициентом усиления до 24 дБ и выходной мощностью до 50 мВт;

1.4 ПОУ спектрального диапазона 825-915 нм с коэффициентом усиления до 27 дБ и выходной мощностью до 20 мВт;

1.5 ПОУ спектрального диапазона 885-990 нм с коэффициентом усиления до 28 дБ и выходной мощностью до 30 мВт;

1.6 Два типа ПОУ (двухпроходный и однопроходный) спектрального диапазона 985-1100 нм с коэффициентом усиления до 20 дБ и 30 дБ и выходной мощностью до 15 мВт и 50 мВт соответственно.

Спектры оптического усиления "широкополосных" ПОУ (п.п. 1.2-1.6) в совокупности перекрывают спектральный диапазон 760-1100 нм.

2. Исследованы новые источники излучения на основе разработанных ПОУ.

2.1 Экспериментально показано, что использование ВБР в качестве спектрально-селективных отражателей для ПОУ позволяет реализовать узкополосные СЛД с шириной спектра излучения, определяемой контуром отражения ВБР. Разработаны СЛД-модули с центральной длиной волны 1063 нм и спектральной полушириной от 0,3 до 2,0 нм. Их непрерывная мощность на выходе ОВС достигала 5,0 - 8,0 мВт. Использование МОРА-системы позволяет повысить эту величину до 50мВт.

2.2 Исследованы МОРА-системы спектрального диапазона 820-860 нм на основе ПОУ повышенной мощности с использованием в качестве генераторов входного сигнала перестраиваемого лазера или СЛД-модуля. Эти МОРА-системы позволяют поддерживать постоянную оптическую мощность на уровне до 50 мВт на выходе ОВС или на уровне до 500мВт на выходе МВС.

2.3 Разработан и внедрен в производство автономный оптический усилитель Воо81ег-840 указанного спектрального диапазона, содержащий систему защиты от паразитной обратной связи и систему АКМ.

3. Исследованы 3 типа перестраиваемых лазеров с внешними оптоволоконными резонаторами, содержащих ПОУ в качестве активного элемента.

3.1 Исследован перестраиваемый лазер с линейным внешним резонатором, содержащим двухпроходный ПОУ и АОПФ. Его спектральная перестройка могла производиться в диапазоне 1000-1080нм при ширине спектральной линии не более 0.05 нм. Выходная мощность достигала 3.0 мВт. Максимальная частота линейного свиппирования в режиме АКМ в пределах полного диапазона перестройки составляла 200Гц.

В результате проведенных исследований разработан автономный прибор В8-1060-01. Этот лазер, перестраиваемый в диапазоне 1030-1090 нм работоспособен в следующих режимах:

• Ручная перестройка длины волны при заданном уровне выходной мощности;

• Линейное свиппирование длины волны в заданном спектральном диапазоне со скоростью до 104 нм/сек;

• "двухчастотный" режим (периодическое переключение между двумя заданными длинами волн).

3.2 Исследован лазер с кольцевым внешним резонатором, содержащим фильтр Фабри-Перо, перестраиваемый в диапазоне 820-870 нм. Мгновенная ширина спектральной линии не превышала 0.01 нм при частоте свиппирования до 20 кГц. Максимальная выходная мощность достигала 5 мВт

3.3 Исследован лазер с АОПФ в кольцевом внешнем резонаторе. Реализована рекордная ширина диапазона перестройки - 99 нм (781880 нм) при ширине спектральной линии не более 0.04 нм. Выходная мощность достигала 10 мВт. Максимальная частота линейного свиппирования в режиме АКМ в пределах полного диапазона перестройки составляла 200 Гц. (скорость перестройки -до 2*104 нм/сек)

Благодарности.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю

С.Д. Якубовичу за предложенную тему диссертации, интересное сотрудничество и неоценимую помощь в организации работы; А.Т. Семенову и В.Р. Шидловскому за инициацию ряда исследований и внимание к ним; A.A. Мармалюку с сотрудниками за проведение экспериментальных ростовых процессов ГЭС; М.Б. Успенскому с сотрудниками за изготовление экспериментальных ОГЭС; A.A. Бахареву с сотрудниками за сборку образцов ^ ПОУ-модулей; Д.Р. Шидловскому с сотрудниками за изготовление оптомеханических узлов и электронных плат для новых приборов серии BroadSweeper и Booster; сотрудникам лаборатории R&D Е.В. Андреевой, П.И. Лапину, С.Н. Ильченко и М.В Шраменко за помощь в измерениях и расчетах; A.B. Куртепову,. и А.Ф. Солодкову за помощь в проведении ^ многочисленных исследований и экспериментов.

Заключение.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лобинцов, Андрей Александрович, 2013 год

Литература.

[1] «Начало лазерной эры в СССР», Квантовая электроника и Труды ИОФАН (совместный выпуск), ФИАН (2010)

[2] Н.Г.Басов, Нобелевская лекция, «Полупроводниковые квантовые генераторы», УФН, т. 85, №4, с. 585, (1965)

[3] G.Overton, S.G.Anderson, D.A.Belforte, T.Hausken, "Annual revue and forecast", Laser Focus World, v.47, №4, p.40, (2011)

[4] Ж.И.Алферов, «История и будущее полупроводниковых гетероструктур», ФТП, т. 32, №1, с.З, (1998)

[5] П.Г.Елисеев, «Полупроводниковые лазеры - от гомопереходов до квантовых точек», Квантовая электроника, т. 32, №12, с. 1085 (2002)

[6] Алферов Ж.И., Андреев В.М., Корольков В.И., Портной Е.Л., Третьяков Д.Н., «Когерентное излучение в эпитаксиальных структурах с гетеропереходами в системе AlAs-GaAs», ФТП, т. 2, №10, с. 1545, (1968)

Hayashi Т., Panish M.B., Foy P.W., " A low threshold room-temperature injection laser", IEEE Journ. of QE, v.5, №4, p.211, (1969) Алферов Ж.И., Андреев B.M., Портной E.Jl., Трукан М.К., «Инжекционные лазеры на основе гетеропереходов в системе AlAs-GaAs с низким порогом генерации при комнатной температуре», ФТП, т. З, С.1329, (1969)

Алферов Ж.И., Андреев В.М., Гарбузов Д.З., Портной Е.Л., Жиляев Ю.В., Морозов Е.П., Трофим В.Г., «Исследование влияния параметров гетероструктуры на пороговый ток лазеров и получение режима непрерывной генерации при комнатной температуре», ФТП, т. 4, с.1826 (1970)

Богатов А.П., Долгинов Л.М., Дружинина Л.В., Елисеев П.Г., Свердлов Б.Н., Шевченко Е.Г., «Гетеролазеры на основе твердых растворов GalnPAs и AlGaSbAs», Квантовая электроника, т. 1, №10, с.2294 (1974)

Долгинов Л.М., Елисеев П.Г., Мильвидский М.Г.,

«Многокомпонентные полупроводниковые твердые растворы и их применение в лазерах», Квантовая электроника, т. 3, №7, с. 1381 (1976) Алферов Ж.И., Васильев М.Г., Голикова Е.Г., Гореленок А.Т., Дураев В.П., Елисеев П.Г., Ильинская Н.Д., Усиков A.C., «Полосковые зарощенные гетеролазеры непрерывного действия на основе InP/GalnAsP, полученные гибридной технологией жидкофазной и газофазной эпитаксий», Письма в ЖТФ, т. 8, вып.11, с.650 (1982) Васильев М.Г., Голикова Е.Г., Долбнев В.П., Дураев В.П., Неделин Е.Т., Швейкин В.И., «Температурные характеристики гетеролазеров на основе InP/GalnAsP», сер. 11, вып.1, с. 19 (1982)

Безотосный В.В., Васильев М.Г., Долгинов Л.М., Дураев В.П., Елисеев П.Г., Мильвидский М.Г., Неделин Е.Т., Свердлов Б.Н., Шевченко Е.Г., «Непрерывные и импульсные гетеролазеры спектрального диапазона 1,3 мкм», Препринт ФИАН, №43, (1982)

[15] J.P.van der Ziel, R.Dingle, R.C.Miller, W.Wiegmann, W.A.Nordland Jr., "Laser oscillations from quantum states in very thin GaAs- A^GaosAs multilayer structures", Appl. Phys. Letts, v.26, №8, p. 463 (1975).

[16] R.D.Dupuis, P.D.Dapcus, N.Holonyack Jr., R.A.Rezek, R.Chin, "Room-temperature laser operation of quantum-well AlxGai_xAs - GaAs layer diodes grown by metaloorganic chemical vapor deposition", Appl. Phys. Letts, v.32, №5, p. 295 (1978).

[17] W.T.Tsang, "Extremely low threshold (AlGa)As graded-index waveguide separate-confinement heterostructure lasers grown by molecular beam epitaxy", Appl. Phys. Letts, v.40, №3, p. 217 (1982).

[18] Лукьянов B.H., Семенов A.T.. Шелков H.B., Якубович С.Д., «Лазеры с распределенной обратной связью», Квантовая электроника, т. 2, №11, с.2373 (1975)

[19] R.A.Morgan, "Vertical-cavity surface-emitting lasers: present and future", Proc.SPIE, v.3003, p. 14 (1997).

[20] Голдобин И.С., Евтихиев H.H., Плявенек А.Г., Якубович С.Д., «Фазированные интегральные решетки инжекционных лазеров», Квантовая электроника, т. 16, №10, с.1957 (1989)

[21] J.W. Crowe, R.M. Craig, «GaAs laser linewidth measurements by heterodyne detection», Appl. Phys. Letts, v.4, №57, p. 3 (1964).

[22] J.W. Crowe, W. E. Ahearn, «Semiconductor laser amplifiers», IEEE J. of Quantum Electronics, v. QE-2, №8, p. 283(1966).

[23] W. F. Kosonocky, R. H. Comely, «GaAs Laser Amplifiers», IEEE J. of Quantum Electronics, v. QE-4, №4, p. 125(1968).

[24] I.N. Oraevski, Ju. M. Popov, G.M., Strachovski Phys. Stat. Sol., «Spectral Characteristics of the Injection Quantum-Amplifier», v. 32, №1, p. 55 (1969)

[25] Прозоров O.H., Ривлин Л.А., Якубович С.Д., «Протяженный полупроводниковый квантовый генератор с излучающей решеткой», Письма в ЖЭТФ, т. 12, с. 282 (1970).

[26] Ступников В.А., Якубович С.Д., «Влияние конфигурации инжекционного суперлюминесцентного излучателя на характеристики излучения», Лазерная техника и оптоэлектроника, т. 11, №5, с. 62 (1978). (Работа выполнена в 1970-1971г.г.)

[27] Курбатов Л.Н., Шахиджанов С.С., Быстрова Л.В., Карпухин В.В., Колоненкова С.И., «Исследование суперлюминесцентного излучения диода на основе GaAs », ФТП, т. 5, №2, с. 2025 (1970).

[28] S. Kobayashi, Т. Kimura, «Gain and saturation power of resonant AlGaAs laser amplifier», Electron. Letts, v. 16, №6, p. 230 (1980).

[29] I. Yamamoto, H. Tsuchiya, «Optical Receiver Sensitivity Improvement by a Semiconductor Laser Preamplifier», Electron. Letts, v. 16, №6, p. 233 (1980).

[30] J. C. Simon, J. L. Favennec, J. Charil, «Comparison of noise characteristics of Fabry-Perot-type and travelling-wave-type semiconductor laser amplifiers», Electron. Letts, v. 19, №8, p. 288 (1983).

[31] Y. Yamamoto, «Characteristics of AlGaAs Fabry-Perot cavity type laser amplifiers», IEEE J. Quantum Electron., v. 16, 1047 (1980).

[32] D. M. Fye, «Practical limitations on optical amplifier performance», J. Lightwave. Technol, v. 2, c. 403 (1984).

[33] А. П. Богатов, П. Г. Елисеев, О. Г. Охотников, М. П. Рахвальский, К. А. Хайретдинов, «Оптический усилитель бегущей волны на основе инжекционного лазерного диода», Квантовая электроника, т. 13, 9, с. 1859 (1986).

[34] В.Н. Лукьянов, А.Т. Семенов, С.Д. Якубович, «Стационарные характеристики инжекционного квантового усилителя на основе GaAs при узкополосном входном сигнале», Квантовая электроника, т. 7, №11, с. 2460 (1980)

[35] В.Н. Лукьянов, А.Т. Семенов, А.Ф. Солодков, С.Д. Якубович, «Динамические характеристики инжекционного квантового усилителя из GaAs», Квантовая электроника, т. 8, №5, с. 1095 (1981)

[36] И.С. Голдобин, А.Т. Семенов, В.П. Табунов, С.Д. Якубович, «Определение параметров инжекционных лазерных усилителей на основе GaAlAs-гетероструктур по характеристикам суперлюминесцентного излучения», Квантовая электроника, т. 9, №6, с. 1264(1982)

[37] И.С. Голдобин, В.Н. Лукьянов, А.Ф. Солодков, В.П. Табунов, С.Д. Якубович, «Инжекционный лазерный усилитель бегущей волны на основе (GaAl)As гетероструктуры», Квантовая электроника, т. 11, №2, с. 375 (1984)

[38] М. J. Nathan, J. L. Marinace, R. I. Rutz, A. E. Mishel, J. G. Lasher, J. Appl. Phys., v.36, p. 473 (1965).

[39] O. Hildebrand, E. Gobel, K. Zohnert, Appl. Phys., v.15, p. 149 (1978).

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

[41] M. J. Connelly, "Semiconductor optical amplifiers", Kluwer Academic publishers (2004)

[42] E. Desurvire, "Erbium-doped fiber amplifier: principles and applications", John Willey, New York (1994)

[43] E.M. Дианов, В.И. Карпов, M.B. Греков, A.M. Прохоров, «Волоконно-оптический ВКР-усилитель сигнала на длине волны 1,3 мкм, накачиваемый лазером на кристалле форстерита с ионами Сг4+», Квантовая электроника, т. 24, №11, с. 1024 (1997).

[44] Л.А. Ривлин, А.Т. Семенов, С.Д. Якубович, «Динамика и спектры излучения полупроводниковых лазеров», М. «Радио и связь» (1983)

[45] М. Ohtsu, "Highly coherent semiconductor lasers", Artech House (1992)

[46] K. Kobayashi, "Single-frequency and tunable laser diodes", Journ. of Lightwave Tech., v.6, №11, p. 1629 (1988).

[47] J. Buus, M.C.Amann, D. Blumental, "Tunable laser diodes and related optical sources", IEEE/Willey (2004)

[48] В. В. Акпаров, В. Г. Дмитриев, В. П. Дураев, А.А. Казаков, «Полупроводниковый кольцевой лазер и исследование его характеристик в режиме датчика вращения», Квантовая электроника, т. 40, №10, с. 851 (2010).

[49] М.М. Helstein, В. Mehuys, A. Yariv , «Broadband tunability of gain-flattened quantum-well semiconductor lasers with an external grating», Appl. Phys., v.54, №11, p. 1092 (1989).

[50] S.E. Harris, S.T.K. Nieh, R.S. Feigelson, «СаМо04 electronically tunable optical filters», Appl. Phys. Lett., v.17, №5, p. 223 (1970).

[51] Jl.H. Магдич, В.Я. Молчанов, «Акустооптические устройства и их применение», М., «Сов. Радио» (1978)

[52] Fersher A.F., Drexler W., Hitzenberger C.K., Lasser Т., «Optical coherence tomography - principles and application», Rep. Prog. Phys., v.66, 239 (2003)

[53] Drexler W., Morgner U., Ghanta R.K., Kartner F.X., Schuman J.S., Fujimoto J.G., «Ultrahigh resolution optical coherence tomography of the human retina», Nature Medicine, v.7, №4, 502 (2001)

[54] Royce W.S., Chen B.A., Jay S., Duker M.D., Shrinivasan F., Fujimoto J.G., «High-Speed Ultrahigh-Resolution Optical Coherence Tomography Findings in Chronic Solar Retinopathy», Rev. of Ophtalmology, 84 (July 2007)

[55] Povazay В., Bizheva K., Hermann В., Unterhuber A., Sattmann H., Ferscher A.F., Drexler W., Schubert C., Ahnelt P.K., Mei M., Holzwarth R., Wadsworth W.J., Knight J.S., Russel P.S.J., «Enhanced visualization of choroidal vessels using ultrahigh resolution ophthalmic OCT at 1050 nm», Optics Express, v.ll, №.17, p. 1980 (2003)

[56] Nielsen F.D., Thrane L., Black J., Hsu K., Bjarklev A., Anderesen P.E., «Swept wavelength source in the 1 |im range», Optics Express, v.13, №.11, p. 4096 (2005)

[57] Васильев С.А., Медведков О.И., Королев И.Г., Божков С.А., Курков А.С., Диаиов Е.М., «Волоконные решетки показателя преломления и их применения», Квантовая электроника, т. 35, №12, 1085 (2005)

[58] Tamir Т. «Integrated Optics», New York, Springer-Verlag, p. 25, 1979.

[59] Asakawa K., Yoshikawa Т., Kohmoto S., Nambu Y., Sugimoto Y. Jap. J., "Chlorine-Based Dry Etching of III/V Compound Semiconductors for Optoelectronic Application", Appl. Phys. v.37, 373(1998)

[60] П.Г. Елисеев в сб., «Надежность полупроводниковых материалов», Итоги науки и техники Сер. Электроника М.: ВИНИТИ, т. 23, 31 (2005)

[61] А.В. Зубанов, М.Б. Успенский, В.А. Шишкин, «Влияние энергии при ионно-химическом травлении структур GaAs/AlxGai_xAs на фотолюминесценцию и деградацию приборов», Квантовая электроника, т. 35, №5, с. 445 (2005).

[62] S.C. Horst, S. Agrawal, О. King, "GaAs/AlGaAs ridge lasers with etched mirrors formed by an inductively coupled plasma reactor", Appl. Phys. Lett. v.71(l 1), 1444(1997)

[63] Deninger A., Kenner Т., OLE, Issue 162, 30 (2008)

[64] G. Meltz, W.W. Morey, W.H. Glenn, "Formation of Bragg gratings in optical fibers by transverse holographic method", Opt. Lett., v.14, 15, 823(1989)

[65] О.И. Медведков, И.Г. Королев, C.A. Васильев, «Запись волоконных Брэгговских решеток в схеме с интерферометром Ллойда и моделирование их спектральных свойств», НЦВО РАН (2004)

[66] Albert J., Hill К.О., Malo В., Thriault S., Bilodeau F., Johnson D.C., Ericson L.E., "Apodised in-fiber Bragg grating reflectors photoimprinted using a phase mask", Electron. Lett., v.31, 223 (1995)

[67] Erdagon T.J., "Research of EDFA gain flattening based on chirped fiber Bragg grating", Lightwave Technology, v.15, 1277 (1998)

[68] Андреева Е.В., Шраменко М.В., Якубович С.Д., "Влияние оптической обратной связи на выходные характеристики квантоворазмерных СЛД", Квантовая электроника, т.37, №5, 443 (2007)

[69] Delepine S., Boubal, Е., Gerard Е. , Fillion Т. , "Tolerant low-loss three-lens coupling system for 1.48-цт unstable-cavity lasers" Photonics Technology Lett v.12 (3), p. 254 (2000)

[70] Coquin G. A., Cheung K. W., "Electronically tunable external-cavity semiconductor laser", Electron. Lett., v.24 (10), 599 (1988)

[71] Takabayashi K., TakadaK., Nashimoto N., Doi M., Tomabechi S., Nakazava Т., Morito K., "Widely (132 nm) wavelength tunable laser using a semiconductor optical amplifier and an acousto-optic tunable filter", Electron. Lett., v.40 (19), 1187 (2004)

[72] Voloshinov V., "Close to Collinear Acousto-Optic Interaction in Paratellurite", Optic Eng. v.31 (10), 2089 (1992)

[73] Адлер Д. С., Ко Т. X., Конорев А. К., Мамедов Д. С., Прохоров В. В., Фуджимото Дж. Дж., Якубович С. Д., "Широкополосный источник излучения на основе квантоворазмерных СЛД для ОКТ", Квантовая электроника, т.34 (10), 915 (2004)

[74] SemenovA. Т., Batovrin V. К., Garmash I. A., Shidlovski V. R., Shramenko М. V., Yakubovich S. D., "(GaAl)As Single Quantum-Well Superluminescent Diodes with extremely low coherence length.", Electron. Lett., v.31 (4), 314 (1995)

[75] Батоврин В. К., Гармаш И. А., Геликонов В. М., Геликонов Г. В., Любарский А. В., Сафин С. А., Семёнов А. Т., Шидловский В. Р., Шраменко М. В., Якубович С. Д., "Исследование суперлюминесцентных диодов на основе однослойных квантоворазмерных гетероструктур.", Квантовая электроника, т.23 (2), 113 (1996)

[76] M.A. Choma, К. Hsu, J.A. Izatt, "Swept-source optical coherence tomography using an all-fiber 1300nm fiber ring swept lasers source", J. Biomed Optics v.10 (4), 044009 (2005)

[77] F.D. Nielsen, L. Thrane, J. Block, K. Hsu, A. Bjarklev, P.e. Anderson, "Swept-wavelength source for optical coherence tomography in the ljum range", SPIE-OSA Biomed Optics 5861, 586ЮН-2 (2005)

[78] Е.В.Андреева, Л.Н.Магдич, Д.С.Мамедов, А.А.Руенков, М.В.Шраменко, С. Д. Якубович, "Перестраиваемый полупроводниковый лазер с акустооптическим фильтром во внешнем оптоволоконном резонаторе", Квантовая электроника, т.36 (4), 324 (2006)

[79] E.V.Andreeva, M.V.Shramenko, P.I. Lapin, S.D.Yakubovich, "Tunable semiconductor lasers with acousto-optic filters in an external cavity" 6th Belaruss.-Russ. Workshop "Semiconductor Lasers and Systems", Book of Papers p.63, (2007)

[80] Shidlovski V. R., S.N. Ilchenko, A.A. Lobintsov, M.V. Shramenko and Yakubovich S. D., "High-power sweeping semiconductor light sources at 840 nm with up to 100 nm tuning range", Proc.SPIE, 8213, p. 82133A (2012).

[81] A. D. McCoy, L. B. Fu, M. Ibsen, В. C. Thomsen, and D. J. Richardson, "Relaxation oscillation noise suppression in fibre DFB lasers using a semiconductor optical amplifier," in Conference on Lasers and Electro-Optics/International Quantum Electronics Conference and Photonic Applications Systems Technologies, Technical Digest (CD) Optical Society of America, p. CWA56 (2004).