Характеризация режимов лазерной генерации вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 1,3 мкм на основе короткопериодной сверхрешётки InGaAs/InGaAlAs

Бабичев А.В., Блохин С.А., Блохин А.А., Бугров В.Е., Воропаев К.О., Гладышев А.Г., Егоров А.Ю., Карачинский Л.Я., Колодезный Е.С., Копытов П.Е., Новиков И.И., Петренко А.А., Рочас С.С.

Полный текст «Оптического журнала»

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Петренко А.А, Рочас С.С., Карачинский Л.Я., Бабичев А.В., Новиков И.И., Гладышев А.Г., Колодезный Е.С., Копытов П.Е., Бугров В.Е., Блохин С.А., Блохин А.А., Воропаев К.О., Егоров А.Ю. Характеризация режимов лазерной генерации вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 1,3 мкм на основе короткопериодной сверхрешётки InGaAs/InGaAlAs // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 12. С. 11–16. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-12-11-16

Petrenko A.A., Rochas S.S., Karachinskiy L.Ya., Babichev A.V., Novikov I.I., Gladyshev A.G., Kolodezniy E.S., Kopytov P.E., Bugrov V.E., Blokhin S.A., Blokhin A.A., Voropaev K.O., Egorov A.Yu. Characterization of lasing regimes of 1.3 µm vertical-cavity surface-emitting lasers based on a short-period InGaAs/InGaAlAs superlattice [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2021. V. 88. № 12. P. 11–16. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-12-11-16

Ссылка на англоязычную версию:

A. A. Petrenko, S. S. Rochas, L. Ya. Karachinskii, A. V. Babichev, I. I. Novikov, A. G. Gladyshev, E. S. Kolodeznyi, Kopytov P.E., Bugrov V.E., Blokhin S.A., A. A. Blochin, K. O. Voropaev, and A. Yu. Egorov, "Characterization of lasing regimes of 1.3 µm vertical-cavity surface-emitting lasers based on a short-period InGaAs/InGaAlAs superlattice," Journal of Optical Technology. 88(12), 688-691 (2021). https://doi.org/10.1364/JOT.88.000688

Аннотация:

В статье представлены результаты характеризации режимов лазерной генерации вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 1,3 мкм на основе короткопериодной сверхрешётки In0,57Ga0,43As/In0,53Ga0,27Al0,2As и двух распределённых брэгговских отражателей Al0,9Ga0,1As/GaAs на подложке GaAs. Для проведения исследований кристаллы вертикально-излучающих лазеров были смонтированы на кристаллодержатель со сверхвысокочастотным SMA- (SubMiniature Version A) разъёмом и оптическим волокном с разъёмом типа Ferrule Connector (FC). Экспериментальные исследования вольтамперной и ватт-амперной характеристик, оптических и радиочастотных спектров и поляризационной стабильности лазерного излучения проводились в диапазоне токов накачки от 0 до 14 мА. Установлено, что величина порогового тока исследуемых вертикально-излучающих лазеров составила 1,7 мА. Продемонстрированы максимальная выходная оптическая мощность на выходе из оптического волокна вертикально-излучающего лазера на основе короткопериодной сверхрешётки In0,57Ga0,43As/In0,53Ga0,27Al0,2As, равная 1,34 мВт, частота малосигнальной модуляции в гигагерцовом диапазоне, величина токового сдвига длины волны излучения, равная 0,5 нм/мА. Исследованные вертикально-излучающие лазеры могут быть использованы при создании устройств радиофотоники для телекоммуникационных применений. Дальнейшее улучшение статических и динамических характеристик вертикально-излучающих лазеров возможно в результате оптимизации конструкции короткопериодной сверхрешётки и заращенного туннельного перехода.

Ключевые слова:

вертикально-излучающие лазеры, короткопериодные сверхрешётки, динамические режимы лазера, информационно-телекоммуникационные системы передачи данных

Благодарность:

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект тематики научных исследований № 2019-1442.

Коды OCIS: 140.5960

Список источников:

1. Блохин С.А., Бобров М.А., Малеев Н.А., Блохин А.А., Кузьменков А.Г., Васильев А.П., Рочас С.С., Гладышев А.Г., Бабичев А.В., Новиков И.И., Карачинский Л.Я., Денисов Д.В., Воропаев К.О., Ионов А.С., Егоров А.Ю., Устинов В.М. Вертикально-излучающий лазер спектрального диапазона 1,55 мкм с туннельным переходом на основе слоев n++-InGaAs/p++-InGaAs/p++-InAlGaAs // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. № 17. С. 21–25.
2. Леденцов Н.Н., Щукин В.А., Kalosha V.P., Ledentsov N.N.Jr., Kropp J.R., Agustin M., Блохин С.А., Блохин А.А., Бобров М.А., Кулагина М.М., Задиранов Ю.М., Малеев Н.А. Дизайн и новая функциональность антиволноводных вертикально-излучающих лазеров на длину волны 850 нм // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. № 1. С. 85–94.
3. Блохин С.А., Бобров М.А., Блохин А.А., Кузьменков А.Г., Малеев Н.А., Устинов В.М., Колодезный Е.С., Рочас С.С., Бабичев А.В., Новиков И.И., Гладышев А.Г., Карачинский Л.Я., Денисов Д.В., Воропаев К.О., Ионов А.С., Егоров А.Ю. Влияние потерь на вывод излучения на динамические характеристики вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 1,55 мкм, изготовленных методом спекания эпитаксиальных пластин // Физика и техника полупроводников. 2019. Т. 53. № 8. С. 1128–1134.
4. Sciamanna M., Shore K.A. Physics and applications of laser diode chaos // Nat. Photon. 2015. V. 9. № 3. P. 151–162.
5. Mereuta A., Sirbu A., Caliman A., Suruceanu G., Iakovlev V., Mickovic Z., Kapon E. Fabrication and performance of 1.3-μm 10-Gb/s CWDM wafer-fused VCSELs grown by MOVPE // J. Cryst. Growth. 2015. V. 414. P. 210–214.
6. Bimberg D., Larsson A., Joel A. Industry VCSELs // Comp. Semicond. 2014. V. 1. P. 22–26.
7. Park M.-R., Kwon O.-K., Han W.-S., Lee K.H., Park S.-J., Yoo B.-S. All-epitaxial InAlGaAs-InP VCSELs in the 1.3-1.6-μm wavelength range for CWDM band applications // IEEE Photon. Tech. Lett. 2006. V. 18. № 16. P. 1717–1719.
8. Louderback D.A., Fish M.A., Klem J.F., Serkland D.K., Choquette K.D., Pickrell G.W., Stone R.V., Guilfoyle P.S. Development of bottom-emitting 1300 nm vertical-cavity surface-emitting lasers // IEEE Photon. Tech. Lett. 2004. V. 16. № 4. P. 963–965.
9. Nishida T., Takaya M., Kakinuma S., Kaneko T. 4.2 mW GaInNAs long-wavelength VCSEL grown by metalorganic chemical vapor deposition // J. Sel. Top. Quantum Electron. 2005. V. 11. № 5. P. 958–961.

10. Shin J.-H., Yoo B.-S., Han W.-S., Kwon O.-K., Ju Y.-G., Lee J.-H. CW operation and threshold characteristics of all-monolithic InAlGaAs 1.55-μm VCSELs growth by MOCVD // IEEE Photon. Technol. Lett. 2002. V. 14. № 8. P. 1031–1033.
11. Shin J.-H., Kin J.-H., Song H.-W., Han I.-Y., Ju Y.G., Han W.-S., Kwon O.-K. Near room-temperature continuous-wave operation of all-monolithic InAlGaAs/InP 1.3 μm VCSELs // Electron. Lett. 2003. V. 39. № 8. P. 664–665.
12. Freezell D., Buell D.A., Coldren L.A. InP-based 1.3-1.6 μm VCSELs with selectively etched tunnel-junction apertures on a wavelength flexible platform // IEEE Photon. Technol. Lett. 2005. V. 17. № 10. P. 2017–2019.
13. Ramana Murty M.V., Huang X.D., Liu G.L., Lin C.C., Xu D., Shieh C.L., Lee H.C., Cheng J. Long-wavelength VCSEL-based CWDM scheme for 10-GbE links // IEEE Photon. Technol. Lett. 2005. V. 17. № 6. P. 1286–1288.
14. Muller M., Wolf P., Grasse C., Dias M.P.I., Ortsiefer M., Bouhm G., Wong E., Hofmann W., Bimberg D., Amann M.-C. 1.3 μm short-cavity VCSELs enabling error-free transmission at 25 gbit/s over 25 km fibre link // Electron. Lett. 2012. V. 48. № 23. P. 1487–1489.
15. Ellafi D., Iakovlev V., Sirbu A., Suruceanu G., Mickovic Z., Caliman A., Mereuta A., Kapon E. Control of cavity lifetime of 1.5 µm wafer-fused VCSELs by digital mirror trimming // Opt. Exp. 2014. V. 22. № 26. P. 32180–32187.
16. Babichev A.V., Karachinsky L.Ya., Novikov I.I., Gladyshev A.G., Blokhin S.A., Mikhailov S., Iakovlev V., Sirbu A., Stepniak G., Chorchos L., Turkiewicz J.P., Voropaev K.O., Ionov A.S., Agustin M., Ledentsov N.N., Egorov A.Yu. 6-mW single-mode high-speed 1550-nm wafer-fused VCSELs for DWDM application // IEEE J. Quant. Electron. 2017. V. 53. № 6. P. 1–8.
17. Karachinsky L.Ya., Novikov I.I., Babichev A.V., Gladyshev A.G., Kolodeznyi E.S., Rochas S.S., Kurochkin A.S., Bobretsova Yu.K., Klimov A.A., Denisov D.V., Voropaev K.O., Ionov A.S., Bougrov V.E., Egorov A.Yu. Optical gain in laser heterostructures with an active area based on an InGaAs/InGaAlAs superlattice // Opt. Spectr. 2019. V. 127. № 6. P. 1053–1056.
18. Блохин С.А., Неведомский В.Н., Бобров М.А., Малеев Н.А., Блохин А.А., Кузьменков А.Г., Васильев А.П., Рочас С.С., Бабичев А.В., Гладышев А.Г., Новиков И.И., Карачинский Л.Я., Денисов Д.В., Воропаев К.О., Ионов А.С., Егоров А.Ю., Устинов В.М. Вертикально-излучающие лазеры спектрального диапазона 1,55 мкм, изготовленные по технологии спекания гетероструктур, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии из твердотельных источников // Физика и техника полупроводников. 2020. Т. 54. № 10. С. 1088–1096.
19. Blokhin S., Babichev A., Gladyshev A., Karachinsky L., Novikov I., Blokhin A., Rochas S., Denisov D., Voropaev K., Ionov A., Ledentsov N., Egorov A. Wafer-fused 1300 nm VCSELs with an active region based on superlattice // Electron. Lett. 2021. V. 57. № 18. P. 697–698.
20. Блохин С.А., Бабичев А.В., Гладышев А.Г., Карачинский Л.Я., Новиков И.И., Блохин А.А., Бобров М.А., Малеев Н.А., Кузьменков А.Г., Надточий А.М., Неведомский В.Н., Андрюшкин В.В., Рочас С.С., Денисов Д.В., Воропаев К.О., Жумаева И.О., Устинов В.М., Егоров А.Ю., Бугров В.Е. Исследование характеристик сверхрешетки InGaAs/InAlGaAs для вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 1300 нм // Журнал технической физики. 2021. Т. 91. № 12. С. 2008–2017.
21. Блохин С.А., Малеев Н.А., Бобров М.А., Кузьменков А.Г., Васильев А.П., Задиранов Ю.М., Кулагина М.М., Блохин А.А., Гусева Ю.А., Оспенников А.М., Петренко М.В., Гладышев А.Г., Егоров А.Ю., Новиков И.И., Карачинский Л.Я., Денисов Д.В., Устинов В.М. Вертикально-излучающие лазеры с внутрирезонаторными контактами и ромбовидной токовой апертурой для компактных атомных часов // Квантовая электроника. 2019. Т. 49. № 2. С. 187–190.
22. Nakwaski W. VCSEL structures used to suppress higher-order transverse modes // Opto-Electron. Rev. 2011. V. 19. № 1. P. 119–129.
23. Бобров М.А., Малеев Н.А., Блохин С.А., Кузьменков А.Г., Блохин А.А., Васильев А.П., Гусева Ю.А., Кулагина М.М., Задиранов Ю.М., Трошков С.И., Лисак В., Устинов В.М. Поляризационные характеристики вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 850 нм с внутрирезонаторными контактами и ромбовидной оксидной токовой апертурой // Физика и техника полупроводников. 2016. Т. 50. № 10. С. 1408–1413.
24. Wolf P., Li H., Caliman A., Mereuta A., Iakovlev V., Sirbu A., Kapon E., Bimberg D. Spectral efficiency and energy efficiency of pulse-amplitude modulation using 1.3 μm wafer-fusion VCSELs for optical interconnects // ACS Photon. 2017. V. 4. № 8. P. 2018–2024.