一种新型电吸收调制激光器的优化设计_孙元新.pdf
《一种新型电吸收调制激光器的优化设计_孙元新.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种新型电吸收调制激光器的优化设计_孙元新.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 :光电器件研究与应用孙元新,杨振强,贾华宇,等 一种新型电吸收调制激光器的优化设计 光通信研究,():,():一种新型电吸收调制激光器的优化设计孙元新,杨振强,贾华宇,余洁,李灯熬(太原理工大学 电气与动力工程学院;信息与计算机学院,太原 ;武汉光迅科技股份有限公司,武汉 )摘要:针对传统选择性区域生长叠层双有源区电吸收调制激光器()在高频调制环境下的响应速度问题以及改善其远场发散角特性,文章提出利用掺铁掩埋技术对电吸收调制激光器()结构进行优化,设计了 材料 掺铁掩埋结构的 并制作样本芯片,新型 有源区变为台面结构,并在其两层外延生长掺铁 层。同时,利用先进激光二极管模拟器()软件和高频结
2、构仿真()软件对所设计掺铁掩埋结构的和调制器进行数值及仿真分析,结果表明,与传统多量子阱结构相比,阈值电流减少了;与传统脊波导结构相比,掺铁掩埋结构的侧向限制能力提高,激光远场横纵角度之差降低了,具有更小的远场发散角;与传统 掩埋结构相比,掺铁掩埋结构的调制器在 的响应带宽提高了约。对样本芯片进行测试,试验表明,的阈值电流为,边模抑制比()为 ,注入电流下,电吸收调制器 的响应带宽为 ,满足高速激光通信的基本要求。关键词:电吸收调制激光器;台面结构;掺铁掩埋技术;调制带宽;远场发散角中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(;,;,):(),(),(),(),(),:;引言由于互联网和相关数据
3、驱动应用的爆炸性增长,使低成本、高速率光纤通信系统需求大幅提升,集成电吸收调制激光器(,)作为光纤通信的首选光源也成为当前研究热点。在制造技术中,选择性区域外 延 生 长 叠 层 双 有 源 区(,)技术集成了对接生长技术、选择性区域外延技术和收稿日期:;修回日期:;纸质出版日期:基金项目:国家重点研发计划资助项目()作者简介:孙元新(),男,山东德州人。硕士,主要研究方向为半导体激光器。通信作者:贾华宇,副教授。:.年第期总第 期光 通 信 研 究 ()双有源区叠层技术的优点,具有非常好的发展前景。然而随着 和 光网络的使用,在高频调制环境下,该类型激光器的响应速度仍有待提升,并且该类型激光
4、器多采用脊波导结构,该结构是弱折射率波导,其侧向波导限制较弱,导致激光器的远场发散角较大,光场耦合效率较低。为了解决上述问题,本文设计了铁掩埋波导结构的新型选择性区域生长叠层双有源区电吸收调制激光 器(,),将传统 掩埋中的 层替换为半绝缘掺铁 层,形成掺铁掩埋,可以减小激光器的远场发散角,同时掺铁 层降低了调制器的结电容,使具有更高的调制带宽。基于以上思路,本文通过先进激光二极 管 模 拟 器(,)软件设计了 材料掺铁掩埋结构的新型 ,包括 有源区结构设计和掺铁掩埋波导结构设计。同时利用 软件和高频结构仿真(,)软件分别对所设计的 中的激光器和调制器进行建模仿真,得出所设计的阈值特性、光场特
5、性和高频响应特性等数据,并与传统脊波导结构 进行对比分析,验证所设计结构的优越性。同时制作样本芯片并进行特性测试。掺铁掩埋结构 的设计与制备新型掺铁掩埋 结构如图所示,中的有源区呈台面结构,并在两侧生长掺铁 层,形成掺铁掩埋异质结波导结构。新 型 掺 铁 掩 埋 设 计 包 括图新型掺铁掩埋 结构示意图 有源区和波导结构设计两部分,通过 软件的结构材料求解器和激光器性能仿真模块进行仿真计算,获得最优的有源区结构参数并对所设计的波导结构进行光场分布仿真,验证合理性。结构设计 结构如图所示,包括上层有源区和下层有源区,上层有源区位于激光器部分,其设计按照 激光器的要求进行,而下层有源区则按照 调制
6、器的要求进行设计。图 结构示意图 通过 软件对 进行建模,参照 对有源区波长的要求,以及阈值特性、边模抑制比(,)和 平 均 光 增 益 等 参 数 确 定 最 优 的 结构参数,包括量子阱个数、量子阱势垒层、势阱层厚度和有源区材料组分。()量子阱个数的选择激光器部分腔长为 ,根据量子阱倍增规则,腔长与量子阱个数存在一个最优的关系,当腔长固定时,必存在一个最优的量子阱个数 。不同量子阱个数下所设计 部分的平均发送光功率与注入电流(,)特性、有源区光增益和 特性分别如图和所示。图不同阱数下的 特性 由图可知,随着量子阱个数的增加,激光器的阈值电流先减小后增加;输出光功率、和有源区平均增益先增大后
7、减小。当量子阱个数为时,激光器阈值电流最小且输出光功率最大,最高、光通信研究 年第期总第 期图不同阱数下的 和平均增益 平均增益最大,因此,为最优的量子阱个数。()量子阱厚度设计 量子阱有源区是由多个势阱层和势垒层交替构成的。当势阱层和势垒层很薄时,容易造成载流子的泄漏,使量子阱的增益系数降低,阈值电流增大,发光效率也随之降低,而随着势阱层和势垒层厚度逐渐增加,会产生应力积累,阻碍载流子的运输,也会降低激光器的发光效率 。在选取有源区的量子阱个数为不变的情况下,不同势阱层和势垒层厚度下 部分的 特性和 特性如图所示。图不同量子阱厚度下的激光器特性 由图可知,随着势阱层和势垒层厚度的增加,激光器
8、 的 阈 值 电 流 先 减 小 后 增 加,输 出 光 功 率 和 先增大后减小。当势阱层厚度为,势垒层厚度为 时,阈值电流最小、单纵模特性最好、输出功率最大,为最优的量子阱厚度。()有源区材料组分的确定为了满足所设计 的波长匹配以及达到 能带结构透明设计的要求,保证有源区量子阱个数为,量子阱势阱层和势垒层厚度分别为和 不变的情况下,通过 软件对不同材料组分的有源区进行光谱分析可知,当上 层 多 量 子 阱 有 源 区 的 势 阱 材 料 为 ,应变为压应变,势垒层材料为 ;下层多量子阱有源区的势阱材料为 ,应变为压应变 ,势垒层材料为 时,激光器有源区的激射波长和 部分有源区的激射波长如图
9、所示。图激射波长 由 图 可 知,激 光 器 有 源 区 的 激 射 波 长 为 ,调制器有源区的激射波长为 ,孙元新 等:一种新型电吸收调制激光器的优化设计激光器激射波长比调制器有源区的波长长 ,达到了波长匹配的要求。同时,对激光器部分 结构中的上层和下层有源区进行光谱分析,结果如图所示。由图可知,上层有源区激射波 长 为 ,下 层 有 源 区 激 射 波 长 为 ,上下有源区之间波长差为 ,也达到了上下有源区能带透明设计的要求。图激射波长 综上所述,所设计 的 结构参数如表所示。表 掺铁掩埋结构 结构参数 有源区量子阱个数 厚度 掺杂浓度 上层有源区 (势垒层)(势阱层)(,)(,)不掺杂
10、不掺杂下层有源区 (势垒层)(势阱层)(,)(,)不掺杂不掺杂注:和为之间的数,代表厚度,单位为。掺铁掩埋波导结构设计所设计掺铁掩埋 波导结构如图所示,掺铁掩埋波导结构包括分别限制异质层()、间隔层、包层、阻断层、掺铁 层以及盖帽层。其中 层为渐变折射率层,夹在有源区上下两侧,可以避免有源区内的光子发生光波倏逝波尾效应而穿透到重掺杂的包层,导致在包层产生强的自由载流子吸收,降低发光效率。而间隔层和包层可以阻挡纵向上的载流子泄漏,加强对光场的限制。所引入的掺铁 层不仅可以加强光场的侧向限制,还可以消除集成器件中各部分之间的电学干扰,在实现电学隔离的同时也能保持光波导结构的完整性。阻断层的作用是避
11、免 包层与掺铁 层之间 和 的相互扩散。所设计掺铁掩埋结 构 的波导结构横截面结构参数如表所示。图掺铁掩埋 波导结构 光通信研究 年第期总第 期表掺铁掩埋结构 横截面结构参数 层结构材料 厚度 掺杂浓度 欧姆接触层 (,)包层 (,)阻挡层 (,)间隔层 (,)上限制层 (,)有源区 (势垒层)(势阱层)(,)(,)不掺杂不掺杂下限制层 (,)缓冲层 (,)掺铁 层 (,)衬底 (,)为 了 验 证 所 设 计 波 导 结 构 的 合 理 性,通 过 软件对激光器和调制器进行光场分析,如图所示,其光场都被限制在有源区附近,表明所设计波导结构对光场起到了较好的横向限制。图横向光场分布 芯片制备本
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 一种 新型 吸收 调制 激光器 优化 设计 孙元新
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。