ОДНОЧАСТОТНЫЙ ЛАЗЕР С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ МОЩНОСТЬЮ ИЗЛУЧЕНИЯ БОЛЕЕ 50 МВТ Текст научной статьи по специальности «Физика»

ВКВ0-2023- РАДИОФОТОНИКА И ФИС

ОДНОЧАСТОТНЫЙ ЛАЗЕР С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ МОЩНОСТЬЮ ИЗЛУЧЕНИЯ БОЛЕЕ 50 МВТ

1* 1 111 Ладугин М.А. , Иванов А.В. , Курносов К.В. , Симаков В.А. , Багаева О.О. ,

Данилов А.И. 1, Курнявко Ю.В. 1, Мармалюк А.А. 1, Романцевич В.И. 1, Рябоштан Ю.Л. 1, Чернов Р.В. 1, Шишков В.В. 1, Галиев Р.Р. 2

1 АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха», г. Москва 2ИСВЧПЭ им. В.Г. Мокерова РАН, г. Москва * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-122-123

Сообщается о разработке одночастотного лазера ИЛПН-249 на основе полупроводникового лазерного диода (ЛД) с распределенной обратной связью с длиной волны излучения 1,55 мкм и мощностью на выходе волоконно-оптического кабеля не менее 50 мВт. Фотография лазера

Ключевым элементом разработанного лазера ИЛПН-249 является полупроводниковый лазерный диод с распределенной обратной связью. Для получения одномодового режима излучения ЛД использовалась схема с латерально связанной брэгговской решёткой, являющейся селективным для длины волны элементом. Такая решётка обычно встроена в лазерный кристалл и располагается с обеих сторон от гребня так, чтобы «крылья» распределения интенсивности электромагнитной волны, распространяющийся в волноводной области под гребнем,

проникали в область решётки и, тем самым, возникала оптическая связь между решёткой и волной. Частотная селективность формируется за счёт модуляции показателя преломления среды вдоль распространения волны излучения. Волна при этом испытывает многократные отражения в областях изменения показателя преломления, что приводит к эффективной селекции мод вплоть до установления одномодового режима генерации.

В процессе разработки были изготовлены полностью отечественные гребневые одночастотные ЛД с боковой дифракционной решеткой первого порядка на длину волны излучения 1.5-1.6 мкм. Выращивание гетероструктуры (ГС), формирование активного элемента, сборка и исследование параметров проводилось в АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха», дифракционная решетка формировалась с помощью электронно-лучевой литографии в ИСВЧПЭ им. В.Г. Мокерова РАН [1].

При разработке лазера одной из основных задач являлась задача разработки технологии выращивания квантово-размерных ГС, формирования мезаполоскового ЛД, обеспечивающего мощностью излучения более 120 мВт. Мощность излучения на выходе оптического соединителя лазера должна быть не менее 50 мВт, поэтому с учетом 50-60 % ввода излучения в одномодовое волокно и с учетом технологического запаса, мощность излучения ЛД должна быть не менее 120 мВт.

Для изготовления ЛД использовались квантово-размерные ГС в системе AlInGaAs/InP. В настоящей работе при изготовлении прибора на выращенной ГС формировался мезаполосок шириной 2.5-3 мкм, с глубиной травления, не доходящей до волноведущего слоя (активная область не травилась). Затем справа и слева от мезаполоска с помощью электронно-лучевой литографии формировалась брэгговская решетка первого порядка со сдвигом /7/4 в зависимости от параметров ГС. Точность задания среднего периода составляла 0.1 нм, а когерентность порядка расположения штрихов соблюдалась на расстоянии не менее 10 мм.

Далее следовал стандартный процесс изготовления активного элемента лазера, включающий нанесение диэлектрических слоев, фотолитографию, напыление металлизации и т.д. Длина резонатора РОС-лазера была 1.6 мм. На плоскопараллельные грани резонатора наносились отражающие и просветляющие покрытия с коэффициентами отражения ~100 % и 5 % соответственно. Такая конструкция активного элемента ЛД обеспечивает мощностью излучения более 120 мВт. Электронная микрофотография гетероструктуры с мезаполоском и брэгговской решеткой представлена на рис. 2.

ИЛПН-249 представлена на рис. 1.

Рис. 1. Фотография лазера ИЛПН-249

ВКВО-2023- РАДИОФОТНИКА И ФИС

Активный элемент ЛД монтировался в корпусе типа «butterfly» на термоэлектрическом охладителе. Одномодовое оптическое волокно юстировалось относительно активной области ЛД для максимального ввода оптического излучения и фиксировалось припоями. Отрезок одномодового кабеля с оптическим соединителем FC/APC обеспечивает возможность подключения лазера к внешнему модулятору и волоконно-оптической линии передачи информации. С помощью термоэлектрического охладителя и терморезистора, входящего в состав лазера, можно стабилизировать рабочую точку ЛД при изменении рабочей температуры окружающей среды в диапазоне от минус 60 °С до 55 °С. Для контроля оптическая мощность излучения ЛД в состав лазера также входит фотодиод обратной связи.

Следует отметить, что у изготовленных лазеров ИЛПН-249 оптическая мощность 50 мВт на выходе волокна достигалась при токе накачке порядка 300 мА, при этом подавление боковых мод составляло величину более 55 дБ. На рис. 3 представлена типичная ватт-амперная характеристика, а на рис. 4 типичный спектр генерации лазера ИЛПН-249. На рис. 5 представлены зависимости длины волны излучения и коэффициента подавления побочной моды от тока накачки ИЛПН-249.

Рис. 2. Электронная фотография ГС с мезаполоском и брэгговской решеткой. На вставке показано поперечное сечение решётки

100 90 80 70 "Р 60

® СП

рГ 40 30

1 \Ь

Е _ т. - и i.

j JT 1

| и —

; Г ^

f Г" и

г V - ^мммм .мим! пиши пицц! 111111111 пиши 111111111 Миши пицц! 111111И1

0 50 100 150 200 J2(50^) 300 350 400 450 500 Рис. 3. Типичная ватт-амперная характеристика ИЛПН-249

Рис. 4. Типичный спектр генерации лазера ИЛПН-249

Рис. 5. Зависимости длины волны и коэффициента подавления побочной моды K от тока накачки I

Литература

1. Багаева О.О., и др., Квантовая электроника, 50, 143-146 (2020)

0