en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-02-26-36
Параметрическое исследование переходных характеристик лазерных диодов с распределённой обратной связью
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
H. K. Hisham, S. B. A. Anas, M. H. Abu Bakar, M. T. Alresheedi, A. F. Abas, M. A. Mahdi. Parametric study of the transient period characteristics of distributed feedback laser diodes (Повышение производительности лазерного диода коротковолнового ультрафиолетового излучения на основе AlGaN с помощью низколегированного двухступенчатого волновода) [ на англ. языке] // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 2. С. 26–36. http:doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-02-26-36
H. K. Hisham, S. B. A. Anas, M. H. Abu Bakar, M. T. Alresheedi, A. F. Abas, M. A. Mahdi. Parametric study of the transient period characteristics of distributed feedback laser diodes (Повышение производительности лазерного диода коротковолнового ультрафиолетового излучения на основе AlGaN с помощью низколегированного двухступенчатого волновода) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 2. P. 26–36. http:doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-02-26-36
Hisham Kadhum Hisham, Siti Barirah Ahmad Anas, Muhammad Hafiz Abu Bakar, Mohammed Thamer Alresheedi, Ahmad Fauzi Abas, and Mohd Adzir Mahdi, "Parametric study of the transient period characteristics of distributed feedback laser diodes," Journal of Optical Technology. 90(2), 68-74 (2023). https://doi.org/10.1364/JOT.90.000068
Предмет исследования. Особенности переходной характеристики лазера с распределённой обратной связью. Цель исследования. Оптимизация параметров лазера на основе анализа влияния на длительность переходного процесса: тока инжекции лазера, уровня смещения постоянного тока, коэффициента усиления. Метод. Компьютерное моделирование процессов генерации излучения лазером. Исследовалось влияние тока инжекции лазера, изменения температуры, уровня смещения постоянного тока и коэффициента усиления на время переходного процесса. Основные результаты. Установлено, что время переходного процесса уменьшается при увеличении отношения (ток генерации/пороговый ток), при этом период релаксационных колебаний и временной задержки выхода лазера на рабочий режим уменьшается при увеличении тока инжекции, уровня смещения постоянного тока и коэффициента усиления. При значительном увеличении температуры время переходного процесса также увеличивается, что приводит к нарушению нормального функционирования исследуемого лазера. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют оптимизировать параметры лазерного диода с обратной связью по критерию уменьшения времени переходного процесса.
лазерные диод, полупроводник, множественная квантовая яма, ступенчатое легирование
Коды OCIS: 140.0140.
Список источников:1. Chun Yen P., Hao Tien C., Yu Heng H., Wen Cheng H., Fu He H., Tien Chang L., Shu Wei C., Shih Chen C., Chao Hsin W., Hao Chung K. Performance analyses of photonic-crystal surface-emitting laser: Toward high-speed optical communication // Nanoscale Research Letter. 2022. V. 17. № 1. P. 1–10. https://doi.org/ 10.1186/s11671-022-03728-x.
2. Hisham H.K., Abas A.F., Mahdiraji G.A., Mahdi M.A., Noor A.S.M. Relative intensity noise reduction by optimizing fiber grating Fabry–Perot laser parameters // IEEE J. Quantum Electron. 2012. V. 48. № 3. P. 385–393. https://doi.org/ 10.1109/JQE.2011.2181489
3. Hisham H.K., Abas A.F., Mahdiraji G.A., Mahdi M.A., Noor A. Characterization of transient response in fiber grating Fabry–Perot lasers // IEEE Photon. Journal. 2012. V. 4. № 6. P. 2353–2371. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2012.2231957
4. Hisham H.K., Abas A.F., Mahdiraji G.A., Mahdi M.A., Noor A. Characterization of turn-on time delay in a fiber grating Fabry–Perot lasers // IEEE Photon. Journal. 2012. V. 4. 5. P. 1662–1678. https://doi.org/ 10.1109/JPHOT.2012.2214207
5. Hisham H.K. Theory of dispersion reduction in plastic optical gratings fiber // J. Opt. Commun. 2019. V. 42. № 1. P. 65–69. https://doi.org/ 10.1515/joc-2018-0027
6. Dridi V.K., Benhsaien Zhang A.J., Hall T.J. Narrow linewidth 1550 nm corrugated ridge waveguide DFB lasers // IEEE Photon. Techno. Lett. 2014. V. 26. № 12. P. 1192–1195. https://doi.org/ 10.1109/LPT.2014.2318593
7. Slight T.J., Stanczyk S., Watson S., Yadav A., Grzanka S., Rafailov E., Perlin P., Najda S.P., Leszczyński M., Gwyn S., Kelly A.E. Continuous-wave operation of (Al, In) GaN distributed-feedback laser diodes with high-order notched gratings // Appl. Phys. Express. 2018. V. 11. № 11. P. 112701. https://doi.org/ 10.7567/APEX.11.112701
8. Hashimoto J.I., Takagi T., Tato T., Sasaki G., Shigehara M., Murashima K., Shiozaki M., Iwashima T. Fiber-Bragg-grating external cavity semiconductor laser (FGL) module for DWDM transmission // IEEE J. Quantum Electron. 2003. V. 21. № 9. P. 2002–2009. https://doi.org/ 10.1109/JLT.2003.815498
9. Gnauck A.H., Charlet G., Tran P., Winzer P.J., Doerr C.R., Centanni J.C., Burrows E.C., Kawanishi T., Sakamoto T., Higuma K. 25.6-Tb/s WDM transmission of polarization-multiplexed RZ-DQPSK signals // J. Lightwave Technol. 2008. V. 26. № 1. P. 79–84. https://doi.org/10.1109/JLT.2007.912110
10. Loh W., O’Donnell F.J., Plant J.J., Brattain M.A., Missaggia L.J., Juodawlkis P.W. Packaged, high-power, narrow-linewidth slab-coupled optical waveguide external cavity laser (SCOWECL) // IEEE Photon. Technol. Lett. 2011. V. 23. № 14. P. 974–976. https://doi.org/10.1109/LPT.2011.2146245
11. Hisham H.K. Design methodology for reducing RIN level in DFB lasers // Iraqi J. Elect. Electron. Eng. 2016. V. 12. № 2. P. 207–213. https://doi.org/ 10.33762/eeej.2016.118379
12. Liu M.M.K. Principle and applications of optical communication. Chicago: McGraw-Hill, 1996. P. 99–110
13. Agrawal G.P., Dutta N.K. Semiconductor lasers. New York: Van Nostrand Reinhold Company, 1993. 224 p.
14. Hisham H.K. Controlling the Q-Point in distributed feedback lasers using a numerical optimization // Eng. Technol. Journal. 2019. V. 37. № 5. P. 148–156. https://doi.org/ 10.30684/etj.37.5A.1
15. Carroll J., Whiteaway J., Plumb D. Distributed feedback semiconductor lasers. London: IEE-SPIE, 1998. 168 p.
16. Zhang H., Cohen D.A., Chan P., Wong M.S., Mehari S., Becerra D.L., Nakamura S., DenBaars S.P. Continuous-wave operation of a semipolar InGaN distributed feedback blue laser diode with a first-order indium tin oxide surface grating // Opt. Lett. 2019. V. 4. № 12. P. 3106–3109. https://doi.org/ 10.1364/OL.44.003106
17. Kang J.H., Wenzel H., Hoffmann V., Freier E., Sulmoni L., Unger R.S., Einfeldt S., Wernicke T., Kneissl M. DFB laser diodes based on GaN using 10th order laterally coupled surface gratings // IEEE Photon. Technol. Lett. 2018. V. 30. № 3. P. 231–234. https://doi.org/10.1109/LPT.2017.2780446
18. Kang J.H., Wenzel H., Freier E., Hoffmann V., Brox O., Fricke J., Sulmoni L., Matalla M., Stölmacker C., Kneissl M., Weyers M., Einfeldt S. Continuous-wave operation of DFB laser diodes based on GaN using 10th-order laterally coupled surface gratings // Opt. Lett. 2020. V. 45. № 4. P. 935–938. https://doi.org/10.1364/OL.385002
19. Chen N., Nakano Y., Okamoto K., Tada K., Morthier G.I., Baets R.G. Analysis, fabrication, and characterization of tunable DFB lasers with chirped gratings // IEEE J. Sel. Topic Quant. Electron. 1997. V. 3. № 2. P. 541–546. 10.1109/2944.605705
20. Liu G., Zhao G., Sun J., Gao D., Lu Q., Guo W. Experimental demonstration of DFB lasers with active distributed reflector // Opt. Express. 2018. V. 26. № 23. P. 29784–29795. https://doi.org/10.1364/OE.26.029784
21. Zhao G., Sun J., Xi Y., Gao D., Lu Q., Guo W. Design and simulation of two-section DFB lasers with short active-section lengths // Opt. Express. 2016. V. 24. № 10. P. 10590–10598. https://doi.org/10.136/OE.24.010590
22. Zheng W., Taylor G.W. Determination of the photon lifetime for DFB lasers // IEEE J. Quantum Electron. 2007. V. 43. № 4. P. 295–302. https:// doi.org/10.1109889746
23. Cardoza-Avendañoa L., Spirinb V., López-Gutiérreza R.M., López-Mercadob C.A., Cruz-Hernándezb C. Experimental characterization of DFB and FP chaotic lasers with strong incoherent optical feedback // Opt. Laser Technol. 2011. V. 43. № 5. P. 949–955. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2010.12.009
24. Fatadin I., Ives D., Wicks M. Numerical simulation of intensity and phase noise from extracted for CW DFB lasers // IEEE J. Quantum Electron. 2006. V. 42. № 9. P. 934–941. https://doi.org/ 10.1109/JQE.2006.880117
25. Moustafa A., Ellafi A. Large-signal analysis of analog intensity modulation semiconductor lasers // Opt. Laser Technol. 2015. V. 40. № 6. P. 809–819. https://doi.org/10.1016/j
26. Moustafa A., Yamada M. An infinite order perturbation approach to gain calculation in injection semiconductor lasers // J. Appl. Phys. 1998. V. 84. № 6. P. 3004. https://doi.org/10.1063/1.368453
27. Safwat M. Influence of gain suppression on static and dynamic characteristics of laser diodes under digital modulation // Egypt. J. Solids. 2007. V. 30. № 2. P. 237–251. https://doi.org/10.21608/ejs.2007.149043 . 28. Moustafa A., Yamada M., Safwat M. Analysis of semiconductor laser dynamics under gigabit rate modulation // J. Appl. Phys. 2007. V. 101. № 3. P. 033119. https://doi.org/10.1063/1.2434803