半导体光学放大器制造技术

本发明专利技术涉及半导体光学放大器，该放大器把流入辐射引入有源区，以及，从所述区提取输出模式。这个放大器同时减小了像散角和色散角的值，增加了输入和输出口径、有效长度的放大区域、高功率输出、高亮度及在输入和输出辐射的方向上变化的宽范围。这个放大器使用预定范围的层的合成物和厚度用于整个的异质结构，包括有源层（６），也包括代表多个边界层（７、８）的几组层。至少这几组层之一整体地形成在输入－输出系统中，并沿着辐射输入－输出区（１７）延伸。本发明专利技术也涉及输入和输出角的扩展范围，以及，使用具有相对有源层平面的预定倾斜角范围的辐射输入－输出区（１７）的不同结构。本发明专利技术还涉及双路传输、多波束和多级半导体光学放大器，该放大器按照分立或集成产生。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及量子电子学，特别是高功率多模、单模和/或单频辐射源，以及半导体光学放大器。现有技术传统上，半导体光学放大器(此后称为“SOA”)由输入辐射的主源构成，主源的输出由光学系统光学地耦合到放大部件(此后称为“AC”)的输入(S.O’Brien，IEEE量子电子学杂志(1993)29卷第6册，2052-2057页，和J.P.Donnelly,IEEE光学和技术通讯(1996)第8卷，1450-1452页)。光学信号一般是自然的、超发光(Superluminescent)或激光辐射。由于SOA的特殊特性，例如，小尺寸、每单位长度的高增益、高效率、潜在的低成本、可集成在光电子电路等，毫无疑问，SOA在复杂的通信网络设计，特别是分支网络，和研制有效的高功率辐射源有很好的应用前景，离散实施的SOA是已知的(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993)，29卷第6册，2028-2042页)，其包括输入辐射的主源，当放大器正在运行时，主源以输入角δ被输入到光学上耦合到源的AC。AC是根据半导体激光异质结构实现的，该异质结构包括具有折射系数nα的有源层和位于两个覆盖层之间的能带隙Eα(Ev)，每一个异质结构至少有一个子层。通过使用壁垒区实现的有源增益区以形成台式条带，该台式条带在有源增益区的输入面上从它的最初10微米的宽度Win线性地在有源增益区的输出面上把最后的宽度加宽到160微米Wout。SOA的长度LAGR是1500微米。注意，位于有源层并是AC的光学增益轴的有源增益区的纵向轴位于主源和光学系统的相同光学轴上。把输入辐射输入到有源增益区并在放大之后从有源增益区输出的装置是有源增益区输入面的光学刻面和有源增益区输出面的光学刻面，我们有条件地称其为第一光学刻面，在此情况下，其抗反射涂层的反射系数R近似0.003。第一个光学刻面以倾斜角Ψ1和Ψ2被放置到与光学增益轴垂直的平面，我们称该平面为垂直面。在现有技术中(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993)，29卷第6册，2028-2042页)，AC的第一光学刻面与垂直面平行，已知AC的输入和输出口径的尺寸(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993),29卷第6册，2028-2042页)分别是Sin=dAGRWin, (1)Sout=dAGRWout,(2)其中dAGR是有源增益区的厚度，一般不超过1微米；因此，对于已知SOA的AC(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993),29卷第6册，2028-2042页)，Sin不超过10平方微米，Sout不超过160平方微米。涂敷到有源增益区第一光学刻面上的抗反射涂层在已知AC中被用来抑制寄生反射和输出信号的反射(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993),29卷第6册，2028-2042页)。已知的SOA(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993),29卷第6册，2028-2042页)使用单模辐射的主激光二极管作为输入辐射的主源，其功率PMSout为100Mw。通过光学系统在第一(输入)光学刻面上把输入辐射聚焦为1×4微米的点。此外，输入波束以不同的输入角δ被输入到有源增益区。结果，在AC中，25Mw的输入功率Pin的放大分量输入到有源增益区的初始面。当3A的工作电流Iwork通过已知的长度LAGR为1500微米的AC时(L.Goldberg,IEEE量子电子学杂志(1993)，29卷第6册，2028-2042页)，获得了2.5W的放大的输出辐射功率Pout。输入口径不大于1微米。在垂直面(通过有源层的纵轴，并与激光异质结构层垂直的面)，象通常的注入式发射器一样，发散角θ⊥很大，大约35°，输出口径不超过1微米。在水平面，输出辐射发散角的有效角度是0.29°，其对应指定口径尺寸160微米的衍射限制的发散(与垂直面垂直并通过普通放大输出辐射前端的面被称为水平面。在所讨论的已知AC中，这是有源层的面)。专利技术公开本专利技术的目的是制造一种半导体光学放大器(SOA)，其增加了输入和输出口径的区域、减小了发散角、减小了放大输出辐射的象散性，并能够在有源层相对于光增益轴获得放大辐射的输入和输出的不同方向，同样，增加了有效增益区的长度和增加了抗放大输入辐射模式分量的断开机构。总的来说，上面提到的因素，使得SOA具有高的输出功率、高效率、持久性和稳定性，以及，高运行稳定性。因此，可以使用简单的制造技术获得多波束和多级放大器，以及，集成设计的放大器。按照本专利技术，通过下述事实获得本专利技术的目的，在半导体光学放大器中(SOA)，包括输入辐射的主源，当放大器正在运行时，主源以输入角δ被插入到光学上耦合到源的放大部件(AC)，所述的放大部件是根据半导体激光异质结构实现的，该异质结构包括具有折射系数nα的有源层和位于两个覆盖层之间的能带隙Ea(Ev)，每一个异质结构至少有一个子层，同样，包括在前端宽度Win(微米)和末端宽度Wout(微米)及长度LAGR(微米)的有源增益区，第一光学刻面界定了有源增益区的前后端，并对着垂直于有源层纵轴平面的倾斜角Ψ1和Ψ2，该平面称为垂直面，同样，也包括涂层，电阻接触，壁垒区，和抑制寄生辐射的装置，其特征在于形成的输入辐射作为对准辐射，在输入表面上，输入角δ等于辐射的入射角，放大部件至少有一个有源增益区，在该有源增益区内，至少在激光异质结构的一侧引入至少一个附加层，邻近激光异质结构的附加层被指定为辐射的输入-输出区，该区是透光的，并至少由一个子层形成，相邻的覆盖层的子层和辐射输入-输出区的子层至少分别形成一个区和一个子区，在称为内表面的激光异质结构边界一侧上的辐射输入-输出区的表面由不短于长度LAGR的长度LIOR-I(微米)形成；至少两个附加的第二光学刻面对着垂直面的倾斜角Ψ3和Ψ4，输入-输出区的宽度和厚度dIOR(微米)不小于有源增益区的宽度和厚度，子层的折射系数nIORQ和光学损耗因数αIORQ(cm-1)从激光异质结构的边界计数，其中q=1、2…,p定义为整数，其表示辐射输入-输出区的子层的顺序数，在工作装置中，在具有辐射输入-输出区的覆盖层的子层的边界上，来自有源层的放大辐射能量的净损耗因数αOR(cm-1)从范围下限αORmin(cm-1)的边界值的范围内选择出来，在放大器正在运行时，把供给到有源增益区的电功率的最小允许值转换成为放大辐射功率，在范围的上限αORMAX(cm-1)，通过工作电流强度的最大允许值，在辐射输入-输出区中，由输入辐射前端和输出放大辐射前端与激光异质结构的有源层平面垂直形成的角分别被指定为流入角ξ和流出角φ，在辐射输入-输出区中，输出辐射的总内部反射的角度被指定为反射角σ，取决于倾斜角Ψ3的输入角δ由选择流入角ξ等于流出角ψ确定；角ξ和σ满足关系ξ=arccos(neff/nIORI)和σ=arcsin(1/nIORq)考虑到从激光异质结构满足辐射流出的条件，激光异质结构的有效折射系数neff、连同辐射输入-输出区，辐射输入-输出区的折射系数nIORI满足关系0＜arccos neff/nIORI≤arccos neff-min/nIORI,所以neff-min大于nmin，式中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体光学放大器，包括：输入辐射的主源，当放大器正在运行时，主源以输入角δ被输入到光学上耦合到源的放大部件，所述的放大部件是根据半导体激光异质结构实现的，该异质结构包括具有折射系数ｎ↓［α］的有源层和位于两个覆盖层之间的能带隙Ｅ↓［ａ］（Ｅｖ），每一个异质结构至少有一个子层，同样，包括在前端宽度Ｗ↓［ｉｎ］（微米）和末端宽度Ｗ↓［ｏｕｔ］（微米）及长度Ｌ↓［ＡＧＲ］（微米）的有源增益区，第一光学刻面界定了有源增益区的前后端，并对着垂直于有源层纵轴平面的倾斜角Ψ↓［１］和Ψ↓［２］，该平面称为垂直面，同样，也包括涂层，电阻接触，壁垒区，和抑制寄生辐射的装置，其特征在于形成的输入辐射作为对准辐射，在输入表面上，输入角δ等于辐射的入射角，放大部件至少有一个有源增益区，在该有源增益区内，至少在激光异质结构的一侧引入至少一个附加层，邻近激光异质结构的附加层被指定为辐射的输入－输出区，该区是透光的，并至少由一个子层形成，相邻的覆盖层的子层和辐射输入－输出区的子层至少分别形成一个区和一个子区，在称为内表面的激光异质结构边界一侧上的辐射输入－输出区的表面由不短于长度Ｌ↓［ＡＧＲ］的长度Ｌ↓［ＩＯＲ－Ｉ］（微米）形成；至少两个附加的第二光学刻面对着垂直面的倾斜角Ψ↓［３］和Ψ↓［４］，输入－输出区的宽度和厚度ｄ↓［ＩＯＲ］（微米）不小于有源增益区的宽度和厚度，子层的折射系数ｎ↓［ＩＯＲＱ］和光学损耗因数α↓［ＩＯＲＱ］（ｃｍ↑［－１］）从激光异质结构的边界计数，其中ｑ＝１、２…，ｐ定义为整数，其表示辐射输入－输出区的子层的顺序数，在工作装置中，在具有辐射输入－输出区的覆盖层的子层的边界上，来自有源层的放大辐射能量的净损耗因数α↓［ＯＲ］（ｃｍ↑［－１］）从范围下限α↓［ＯＲｍｉｎ］（ｃｍ↑［－１］）的边界值的范围内选择出来，在放大器正在运行时，把供给到有源增益区的电功率的最小允许值转换成为放大辐射功率，在范围的上限α↓［ＯＲＭＡＸ］（ｃｍ↑［－１］），通过工作电流强度的最大允许值，在辐射输入－输出区中，由输入辐射前端和输出放大辐射前端与激光异质结构的有源层平面垂直形成的角分别被指定为流入角ξ和流出角ψ，在辐射输入－输出区中，输出辐射的总内部反射的角度被指定为反射角σ，取决于倾斜角Ψ↓［３］的输入角δ由选择流入角ξ等于流出角ψ确定；角ξ和σ满足关系：ξ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎ↓［ｅｆｆ］／ｎ↓［ＩＯＲＩ］）和σ＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦西里伊万诺维奇什韦金，亚历山大彼得罗维奇博加托夫，亚历山大叶夫根尼耶维奇德拉基，尤里弗拉基米罗维奇库林雅甫科，
申请(专利权)人：瓦西里伊万诺维奇什韦金，
类型：发明
国别省市：RU[俄罗斯]