Prezentacja programu PowerPoint

1
Lasery VCSEL i ich odmiany dlugofalowe
Autorzy Krzysztof Halagan Marcin Grajkowski
2
Rys.1. Pogladowy przekrój przez strukture lasera
VCSEL.
3
Rys. 2 Schemat i fotografia struktury lasera
VCSEL.
4

• Polski laser VCSEL
• Testowany w 2004 r. (Instytut Technologii
  Elektronowej w Warszawie) mial budowe
• warstwy wytworzone przy metoda wiazek
  molekularnych,
• dolne zwierciadla Bragga - 24.5 powtórzen par
  AlAs/GaAs o grubosci ¼ dlugosci fali i
  odbijalnosci 99.7
• górne zwierciadla Bragga - 14.5 takich samych par
  o odbijalosci 97
• mikrowneka rezonansowa - zbudowana z GaAs o
  grubosci optycznej 2 dlugosci fali z 9 studniami
  kwantowymi z InGaAs zgrupowanymi po trzy.

5
Zalety struktury VCSEL.

• latwiejszy niz w laserach krawedziowych montaz w
  ukladach elektronicznych,
• maly prad progowy i prad pracy, dzieki malej
  objetosci wneki,
• wydajne sprzeganie fali swietlnej do
  swiatlowodu,
• planarnosc technologii wytwarzania pozwala na
  testowanie i selekcje przyrzadów przed
  pocieciem na struktury,
• mala wrazliwosc dlugosci emitowanego swiatla
  oraz progu akcji laserowej na zmiany
  temperatury,
• mozliwosc budowania zintegrowanych matryc
  powierzchniowych o precyzyjnie okreslonych
  wymiarach,
• mozliwosc modulacji w bardzo szerokim zakresie
  czestotliwosci,
• niskie prady zasilania (ze wzgledu na male
  rozmiaru obszaru aktywnego) powodujace
  dlugotrwala zywotnosc przyrzadu,
• mozliwosc uzyskania wysokiego (wiekszego niz 50)
  stopnia konwersji energii elektrycznej na
  energie promieniowania (wysoka sprawnosc),
• brak asymetrii poprzecznych rozmiarów emitowanej
  wiazki swiatla (przekrój wiazki jest kolowy),
  mala rozbieznosc wiazki,
• mozliwosc generacji jednego modu podluznego,
  niezaleznie od zmian dynamicznych ukladu (w
  szczególnosci zmian wraz z temperatura).

6
Porównanie laserów VCSEL i F-P
Lasery oparte na rezonatorze F-P powstaje w
nich duzo modów podluznych ograniczajacych osiagi
przy wiekszych dystansach. W przeciwienstwie do
laserów VCSEL, lasery F-P wykazuja asymetrie
poprzecznych rozmiarów emitowanej wiazki swiatla
(przekrój wiazki jest eliptyczny) - powoduje
koniecznosc stosowania korygujacych elementów
optycznych.
7
Rys.3. Dlugofalowy laser VCSEL firmy VertiLas.
Rys.4. Projekt lasera emitujacego fale o dlugosci
1310-nm firmy Infineon.
8
Najmniejsze straty sa dla fali o dlugosci 1,55
?m.
Rys.5. Zaleznosc tlumienia od dlugosci fali.
Najmniejsza dyspersja wystepuje dla fali o
dlugosci 1,3 ?m.
Rys.6. Zaleznosc dyspersji od dlugosci fali.
9
Rys.7. Modul emitujacy 3 mody w zakresie 1550-nm.

• Problemy produkcyjne
•  
• problemy z doborem odpowiedniego materialu 
• InGaAsP ma niski wspólczynnik odbicia, trzeba
  uzyc wiekszej liczby warstw,
• InGaAsN nie jest poznany na tyle, aby mozna go
  bylo uzywac w produkcji,
• za drogi w aby mógl konkurowac z laserami o
  emisji krawedziowej,
• nadal maja mniejsza moc od laserów o emisji
  krawedziowej.

10
Rys.8. Schemat budowy dlugofalowego laser VCSEL
firmy Vertilas.
11

• FIRMY BADAJACE DLUGOFALOWE LASERY VCSEL.
•  
•  
• Optical Communication Products (USA)
•  
• Badania nad laserami 1310-nm.
• Szybkosc modulacji 10 Gb/s (pierwsze ukaza sie
  produkty o 2.5 Gb/s).
• Mozliwosc pracy 15 mln godzin w normalnych
  warunkach pracy przy temperaturze 40?C.
•  
•  
• Honey International Inc. (USA)
•  
• Lasery 1310- i 1550-nm ukazaly sie na rynku w
  2004 r.
• Szybkosc modulacji 10 Gb/s.
• Prad progowy ponizej 2 mA.
• Moc wyjsciowa 1mW.

• Infineon Technologies (Niemcy)
•  
• W marcu 2003 pojawily sie pierwsze 1310-nm
  lasery VCSEL.
• Tworzone na materiale GaInNAs/GaAs (bardzo dobra
  jakosc luster).
• Moc wyjsciowa 3mW.
• Szybkosc modulacji 10 Gb/s (pierwsze ukazaly sie
  produkty o 2.5 Gb/s).

12

• Vertilas GmbH (Niemcy)
•  
• Lasery VCSEL o dlugosci fali od 1400 do 2050-nm.
• Tworzone na materiale InGaAlAs/InP.
• Problem nadmiaru ciepla zostal rozwiazany przez
  polaczenie odprowadzania ciepla przez wysoce
  odbijajace hybrydowe lustro metal/dielektryk z
  dobrym przewodnictwem ciepla.
• Szybkosc modulacji 10 Gb/s w temperaturze 20?C.
• Dystans modulacji do 20 km z zaleznosci od
  predkosci modulacji.
• Prad progowy 0.4 do 1 mA.
• Moc wyjsciowa od 1 mW do 7 mW (praca
  wielomodowa).
•  
•  
• BeamExpress Inc. (Szwajcaria)
•  
• Lasery VCSEL o dlugosci fali 1550-nm.
• Material AlGaAs/GaAs dla luster bragowskich i
  InP dla wneki.
• Dystans modulacji ponad 50 km przy szybkosci
  modulacji 2.5 Gb/s w temperaturze pokojowej (faza
  testów).
• Pompowanie optyczne (wkrótce ukaza sie modele z
  pompowaniem elektrycznym).
• Moc wyjsciowa 3 mW w temperaturze pokojowej.

13
Rys.9. Rózne modele laserów dlugofalowych VCSEL.
14
Rys.10. Obliczony numerycznie rozklad temperatury
w typowym laserze VCSEL.
Rys.11. Dwuwymiarowa zintegrowana matryca
powierzchniowa.
15
Rys.12. Zakres zadan w jakich 1310-nm VCSEL-y
przejma rynek telekomunikacyjny.
16

• ZRÓDLA
• http//www.pwt.et.put.poznan.pl 
• http//wtm.ite.pwr.wroc.pl
• http//www.wemif.pwr.wroc.pl
• Pawel Mackowiak Opracowanie struktury
  azotkowego lasera o emisji powierzchniowej oraz
  jej optymalizacja przy uzyciu trójwymiarowego i
• samouzgodnionego modelu jego dzialania.
• Photonics Spectra, VCSELs Go Long Wave,
  Wrzesien 2003
• http//www.wsi.tu-muenchen.de/research/annual_rep
  orts/rep01/pdfs/54.pdf