Устройство внутренней модуляции излучения инжекционного лазера Советский патент 1993 года по МПК G02F1/29 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в системах оптической обработки информации, связи, спектроскопии высокого разрешения..

Целью настоящего изобретения является увеличение экономичности модуляции устройства внутренней модуляции .излучения инжекционного лазера на определенной частоте при упрощении его конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показаны

1 - теплоотвод;

2 - отражающая акустическую волну поверхность полупроводниковой лазерной структуры;

3 - отражающий акустический контакт;

4 - пучность давления стоячей акустической волны;

5 - оптический волновод;

6 - полупроводниковая лазерная структура;;

7 - поверхность расположения преобразователя на лазерной структуре; . 8 - согласующий акустический контакт;

9 -преобразователь акустических волн.

Устройство содержит полупроводниковую лазерную структуру 6, имеющую оптический волновод 5 и электрические контакты 3 и 8; преобразователь акустических волн 9, расположенный на поверхности 7 лазерной структуры; теплоотвод 1, к которому с помощью теплопроводного слоя 3 поверхностью, противоположной поверхности крепления преобразователя, присоединена лазерная структура 6. Контакт 3 одновременно является электрическим, термокомпенсирующим, теплопроводным и отражающим акустическую волну, а контакт 8 - электрическим, согласующим акустиче-.

со р

$ь

:Ю

. i

ским, а также (но необязательно) термоком- пенсирующим и теплопроводящим.

Работает устройство следующим образом. Акустическая волна возбуждается акустическим преобразователем 9 и, распространяясь через полупроводниковую лазерную структуру 6, пересекает оптический волновод 5. Достигнув отражающей для акустической волны поверхности 2 лазерной структуры, акустическая волна меняет свое направление распространения на обратное. Исходная и встречная волны интерферируют и образуют в лазерной структуре стоячую волну таким образом, что центральная область одной из ее пучностей давления : 4 совпадает с центром оптического волновода лазерной структуры,. В пучности 4 акустической волны происходит модуляция диэлектрической проницаемости полупроводниковой структуры 6, что приводит к модуляции распространяющегося в оптическом волноводе 5 лазерного излучения. Установление режима стоячих волн увеличивает амплитуду модулирующей акустической волны, снижает перенос энергии и, благодаря пространственному совпадению в волноводе максимумов акустического давления и напряженности поля генерируемой световой волны, увеличивает экономичность модуляции излучения устройства.

Под центром оптического волновода подразумевается область, где находится максимум напряженности электрического или магнитного поля световой волны (в зависимости от ее типа).

Устройство обладает на 1...4 порядка выше экономичности модуляции излучения по сравнению с аналогичным устройством, конструкция которого позволяет реализовать режим модуляции бегущим акустическими волнами с той или иной степенью бегучести. При этом мерой экономичности являются затраты мощности, например, акустической волны, требуемый для достижения заданного эффекта модуляции. .

Примером конкретной реализации является устройство, в котором инж екцион- ный лазер изготовлен в виде глубокой зарощенной мезаполосковой структуры на основе твердых растворов InGaAsP. Состав активной области соответствует длине волны излучения 1,28...1,31 мкм, а ее толщина и ширина равняются соответственно 0,3 и 4 мкм. Структура выращивается на подложке p-lnP, эпитаксиальные слои p-lnP и n-lnP имеют толщину со ответственно 2,85 и 4,50 мкм, общая толщина лазерного кристалла 76,5 мкм. Электрическое ограничение обеспечивается встречными р-п-переходами в зарошенной части. Толщина золотой металлизации мезаобласти равняется 0,5 мкм. Присоединение лазерного кристалла меза- областыо к медному теплоотводу, покрытому никелем толщиной 1,6 мкм,

осуществляется индием с конечной толщиной (после проведения процесса ) 3,5 мкм. На поверхности подложки напротив мезаобласти сформирован тонкопленочный пье- зопреобразователь продольных волн из

ZnO с резонансной частотой 854 МГц, причем один из его электродов является одновременно электродом лазерной структуры. Поверхности локализаций мезаполоскового .контакта и пьезопреобразователя у лазер5 ного кристалла параллельны. Устройство может работать при комнатной температуре с помощью модулированного лазерного излучения, например, 3 мВт при токе 140 мА. В устройстве может быть использована

0 практически любая из известных полупровод- нйковых лазерных структур с соответствующей корректировкой толщин подложки, слоев или слоя металлизации и, например, прикон- тактной области в пределах не более несколь5 ких микрометров (в зависимости от частоты модулирующего акустического сигнала). Такая корректировка существенно проще в реализации, чем разработка технологии изготовления новой лазерной структуры.

0 Формула изобретения

Устройство внутренней модуляции излучения инжекционного лазера, содержащее полупроводниковую лазерную структуру с оптическим волноводом и элек5 трическими контактами, закрепленную на

. теплоотводе с помощью теплопроводного

слоя, преобразователь акустических волн,

расположенный на поверхности лазерной

структуры, противоположной поверхности

0 крепления к теплоотводу, выполненный так, что направление распространения акустических волн перпендикулярно оптической оси волновода и теплопроводному слою, отличающее с я тем, что, с целью увеличе5 ния экономичности модуляции на определенной частоте при упрощении конструкции устройства, для заданной частоты модуляции из рабочего диапазона частот преобразователя теплопроводный слой выполнен

0 отражающим для акустической волны, ла- зерная структура выполнена.так, что на расстоянии между размещенными на ее поверхностях преобразователем и теплопроводным слоем в направлении распрост5 ранения акустической волны укладывается целое число четвертей длины акустической волны, а оптический волновод расположен так, что на расстоянии от его оптической оси до теплопроводного слоя укладывается целое число акустических полуволн,

Применение: системы оптической обработки информации , связи и спектроскопии высокого разрешения. Сущность: устройство содержит полупроводниковый лазерный кристалл с оптическим волноводом, преобразователь акустических волн, расположенный на одной из поверхностей лазерного кристалла, при этом, по крайней мере, на одной из частот рабочего диапазона преобразователя поверхность, противоположная поверхности расположения преобразователя, является отражающей для акустической волны, расстояние между отражающей поверхностью и преобразователем в направлении распространения акустической волны кратно целому числу четвертей длины волны указанной частоты, а центр оптического волновода расположен в центре одной из пучностей давления акустической волны. 1 ил.