Tipos de diodos láser
DFB-LD
La cavidad LD F-P (Fabry-Perot) se ha convertido en un producto de rutina y está evolucionando hacia una alta confiabilidad y un precio bajo. La longitud de onda láser del DFB-LD está determinada principalmente por el período de la pequeña rejilla de refracción preparada dentro del dispositivo, y depende de la rejilla de estructura corrugada que distribuye los reflejos a intervalos iguales a lo largo de toda la capa activa para funcionar. Hay capas de cristal semiconductor de diferentes materiales o diferentes componentes en ambos lados del DFB-LD, que generalmente se fabrican en el área de la guía de ondas óptica cerca de la capa activa del pozo cuántico QW. Esta estructura corrugada hace que el índice de refracción del área de la guía de ondas óptica se distribuya periódicamente, lo que actúa como un control de resonancia, y el mecanismo de selección de longitud de onda es una rejilla. Utilizando el efecto de tamaño del material QW y el efecto de selección de modo de la rejilla DFB, la línea espectral de la luz emitida es muy amplia y puede emitirse dinámicamente en un único modo longitudinal bajo modulación de alta velocidad. DFB-LD con modulador incorporado cumple con los requisitos de tamaño pequeño y bajo consumo de energía del transmisor óptico.
DFB-LD utiliza principalmente compuestos ternarios y compuestos cuaternarios compuestos de elementos del grupo III y V. En la banda de 1550 nm, el material más maduro es InGaAsP/InP. La investigación y el desarrollo de nuevos materiales AIGaInAs/InP están cada vez más maduros y sólo unos pocos fabricantes en el mundo pueden ofrecer productos comerciales. La estructura del dispositivo está optimizada y el área activa es una superred tensada QW. El área activa generalmente está rodeada por una estructura de guía de ondas enterrada o de cresta de doble ranura. El área de la guía de ondas óptica cerca del área activa es una rejilla DFB, que adopta algunos diseños especiales, tales como: acoplamiento distribuido ajustable con pendiente de ondulación, acoplamiento complejo, acoplamiento de absorción, acoplamiento de ganancia, cambio de fase discontinuo compuesto y otras estructuras para mejorar el rendimiento del dispositivo. Entre las tecnologías de producción, la deposición química de vapor metalorgánico (MOCVD) y el grabado en rejilla son los procesos clave. MOCVD puede controlar con precisión la composición, la concentración de dopaje y el espesor de la capa de crecimiento epitaxial tan delgada como unas pocas capas atómicas. Tiene una alta eficiencia de crecimiento y es adecuado para la producción en masa. El grabado con haz de iones reactivos puede garantizar la uniformidad de la geometría de la rejilla. La generación de haz de electrones. El grabado de máscara de fase puede completar la fabricación de rejillas de matriz en un solo paso. El DFB-LD de 1550 nm ha comenzado a usarse ampliamente en equipos de sistemas de transmisión óptica de 622 Mb/s y 2,5 Gb/s. La selección de longitud de onda convierte al DFB-LD en la principal fuente de luz en comunicaciones de fibra óptica de gran capacidad y larga distancia.
También se están desarrollando fuentes de luz de un solo chip que integran DFB-LD de múltiples longitudes de onda y moduladores de electroabsorción de cavidad externa en el mismo chip. La fuente de luz integrada con modulador de electroabsorción desarrollada con éxito adopta una estructura multi-QW entre la capa activa y la capa de absorción del modulador. El modulador actúa como un interruptor de alta velocidad, convirtiendo la salida LD en 0 y 1 binarios. Se forman 40 rejillas de refracción diferentes en un chip, moduladores de 40 canales con longitudes de onda de 1530-1590 nm integran fuentes de luz y el espacio entre canales es de 200 GHz. Su objetivo de desarrollo es integrar una matriz LD de 100 longitudes de onda de emisión para una comunicación de capacidad ultragrande de 9,5 THz.
VCSEL
Las características de un diodo VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) son las siguientes: se emite un haz cilíndrico desde su parte superior sin corrección de asimetría o astigmatismo, es decir, puede ser modulado en un haz anular versátil, fácil de acoplar con fibra óptica, la eficiencia de conversión es muy alta, el consumo de energía es solo una fracción del LD de emisión de borde es rápido, el umbral por encima de 1 GHz es muy bajo, el ruido es pequeño; cavidad La superficie es muy pequeña y es fácil de producir a escala de alta densidad e inspeccionar, empaquetar y ensamblar toda la pieza antes de la formación del tubo, y el costo es bajo.
VCSEL adopta una estructura tipo sándwich, con solo un área de ganancia QW de 20 nm y 1-3 capas en el medio. Las capas superior e inferior son reflejos de Bragg con una alta reflectividad de 100 formada por crecimiento epitaxial multicapa. películas, formando así una cavidad resonante. Finalmente se emite desde arriba un rayo láser extremadamente coherente. Muchos fabricantes han demostrado muestras VCSEL sintonizables con ventana de baja pérdida de 1550 nm y baja dispersión. Se espera que los productos de 1310 nm estén en el mercado en los próximos 1 o 2 años.
Un dispositivo sintonizable típico es una combinación integrada de un VCSEL ordinario de 980 nm y una cavidad reflectante de un sistema electromecánico microóptico. Está compuesto por un espejo superior curvado, una capa de ganancia, un espejo inferior reflectante, etc. Puede producir un dispositivo sintonizable. Estructura con una longitud de onda central de 1550 nm, utilizando un electrostático. El voltaje de control posiciona el reflector superior ubicado en la película de soporte. Cambiar el voltaje de control puede ajustar el tamaño del espacio de la cavidad resonante, ajustando así la longitud de onda de salida. Se puede sintonizar continuamente a 43 nm en el rango de 1528-1560 nm. Después de una transmisión de 2,5 Gb/s durante 500 km, no hay errores en el experimento y la supresión del modo lateral es mejor que 50 dB. Si se pueden producir comercialmente VCSEL con longitudes de onda de emisión entre 1310 y 1550 nm, se promoverá aún más el desarrollo de las comunicaciones ópticas y se acercarán las redes ópticas a los hogares. Muchas empresas han anunciado algunos datos técnicos de los prototipos de VCSEL en esta longitud de onda.
DBR-LD
El más representativo del DBR-LD (diodo láser reflector de Bragg distribuido) es la estructura de rejilla de superestructura SSG. Hay una capa activa en el centro del dispositivo y áreas SSG formadas por rejillas refractivas en ambos lados. Moduladas por intervalos periódicos, su espectro de reflexión se convierte en un pico en forma de peine. Las longitudes de onda superpuestas por los espectros en forma de peine cambian con grandes cambios. discontinuidades, lo que permite lograr una amplia gama de longitudes de onda. DBR-LD se utiliza para formar un convertidor de longitud de onda, que está integrado monolíticamente con el modulador. El lado izquierdo del chip es la parte del láser biestable, que tiene dos áreas activas y un área de aislamiento utilizada para la absorción de saturación. Área de control de longitud de onda, que consta de un área de cambio de fase y DBR.
DBR-LD sintonizable con función multiredundante de 1550 nm puede obtener 16 longitudes de onda espaciadas a 100 GHz o 32 frecuencias espaciadas a 50 GHz, con salto de modo en intervalos de aproximadamente 10 nm, se pueden obtener aproximadamente 100 nm de sintonización de longitud de onda. Además de conservar los procesos de procesamiento y empaquetado existentes, también se agrega un interruptor de longitud de onda de nivel de nanosegundos para ampliar el rango de sintonización.
FG-LD
FG-LD (diodo láser de rejilla de fibra) utiliza tecnología de embalaje madura para acoplar una fibra óptica que contiene FG a una cavidad FP LD con un revestimiento antirreflectante en la superficie del extremo. El láser resultante con una estructura de cavidad externa sintonizable se compone de un chip LD, un espacio de aire y una parte de fibra óptica en el extremo frontal de la fibra óptica. La cavidad resonante óptica está entre la rejilla y la cara del extremo exterior. del LD. La cara del extremo interior del LD está recubierta con un revestimiento antirreflectante para reducir su modo F-P. El FG se utiliza para la selección del modo de retroalimentación. Debido a sus características de filtrado extremadamente estrechas, la longitud de onda operativa del LD se controlará dentro del pico de emisión de Bragg. ancho de banda de la rejilla A través de tensión presurizada O cambiando la temperatura y sintonizando la longitud de onda de Bragg del FG, puede obtener una salida láser con longitud de onda controlable. FG-LD es relativamente sencillo de fabricar y montar, pero su rendimiento es comparable al del DFB-LD. La longitud de onda del láser está determinada por la longitud de onda de Bragg del FG, por lo que se puede controlar con precisión. La potencia de salida monomodo puede alcanzar más de. 10 mW y el ancho de línea es inferior a 2,5 kHz. El ruido de baja intensidad relativa y el amplio rango de sintonización (50 nm) pueden reemplazar al DFB-LD en algunas áreas de la comunicación óptica. Se han realizado experimentos para la transmisión de señales de 2,5 Gb/sx64 y los resultados son muy buenos.
GCSR-LD
GCSR-LD (Diodo láser reflectante de muestreo acoplado de rejilla) es un LD cuya longitud de onda se puede sintonizar en un amplio rango. Su estructura de izquierda a derecha es ganancia,. acoplamiento Al cambiar la ganancia, el acoplamiento, la fase y la corriente de inyección en cada parte del reflector, se puede cambiar la longitud de onda de emisión. El rango de longitud de onda ajustable de este LD es de aproximadamente 80 nm y puede proporcionar 322 longitudes de onda en la tabla de longitudes de onda recomendada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones ITU-T. Ha sido sometido a pruebas de vida útil.
MOEMS-LD
MOEMS-LD (diodo láser de sistema electromecánico microóptico) utiliza control electrostático para configurar una superficie móvil o ajustar el tamaño físico del sistema óptico para ajustar la horizontal. Dirección de las ondas de luz. La tecnología de plataforma microóptica de espacio libre se utiliza para controlar la posición del espejo de la cavidad para lograr cambios en la longitud de la cavidad FP, brindando un rango ajustable de 60 nm. Esta estructura puede usarse como un dispositivo óptico sintonizable o integrarse con láseres semiconductores para formar un láser sintonizable.
Otros tipos de LD
El diodo láser del módulo óptico tiene una cavidad LD o DFB-LD MQWF-P incorporada, un circuito de control y un circuito de accionamiento para emitir señales ópticas. Es de tamaño pequeño, altamente confiable y fácil de usar. Los módulos de transmisión óptica de 2,5 Gb/s se utilizan ampliamente en redes de área metropolitana, sistemas de transmisión síncronos y redes de fibra óptica síncronas de 10 Gb/s y 40 Gb/s en las iniciales. etapa de prueba y están avanzando hacia el desarrollo de miniaturización de alta velocidad y bajo costo. Utilizando las características del material polimérico (el índice de refracción del polímero cambia con la temperatura), el calentador cambia la temperatura de la rejilla del material polimérico, lo que provoca que cambien su índice de refracción y el paso de la rejilla, lo que provoca que cambie su longitud de onda de reflexión. Se ha desarrollado un módulo integrado de longitud de onda ajustable Polymer-AWG, con 16 canales de longitud de onda, espaciado de longitud de onda de 200 GHz, pérdida de inserción de 8-9 dB y diafonía de -25 dB. Se están desarrollando LD de múltiples longitudes de onda que utilizan un modulador de alta velocidad para modular en el tiempo cada longitud de onda. Esta es una nueva fuente de luz programable con longitudes de onda múltiples y longitudes de onda.