1964年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)之后的日本經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)時(shí)期,通信需求大幅增加。日本電信電話公社(NTT的前身)決定建設(shè)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò),標(biāo)志著光通信時(shí)代的開(kāi)始。因此,安立傳感與器件公司的前身開(kāi)始開(kāi)發(fā)用于光網(wǎng)絡(luò)測(cè)量?jī)x器的關(guān)鍵器件,如半導(dǎo)體激光器和高速混合集成電路。安立傳感器件公司今天的許多產(chǎn)品都繼承了這一時(shí)期的產(chǎn)品基礎(chǔ)。本系列文章介紹了安立傳感器件公司開(kāi)發(fā)的器件的歷史,本篇文章是第四篇,繼續(xù)介紹公司主要光器件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)故事。
其他回顧
第一篇:安立光器件開(kāi)發(fā)史 |(一)半導(dǎo)體激光器開(kāi)發(fā)的黎明期
第二篇:安立光器件開(kāi)發(fā)史 |(二)制程技術(shù)的變遷
第三篇:安立光器件開(kāi)發(fā)史 |(三)激光器芯片研發(fā)進(jìn)展
(3)超輻射發(fā)光二極管(SLD)
由于半導(dǎo)體激光二極管(LD)發(fā)射的光具有譜寬度窄、高輸出功率的特點(diǎn),當(dāng)其被用于干涉測(cè)量時(shí),很分辨多個(gè)反射點(diǎn),且當(dāng)存在多個(gè)寬帶信號(hào)的重疊時(shí),可能會(huì)產(chǎn)生噪聲。因此,光學(xué)傳感應(yīng)用需要光源具有寬光譜寬度特點(diǎn)的低相干噪聲源。低相干光源通過(guò)降低腔體反射率來(lái)抑制振蕩,從而獲得更寬的光譜寬度,被稱(chēng)為超輻射發(fā)光二極管(SLD)。它們主要用于干涉測(cè)量,醫(yī)學(xué)等場(chǎng)景。
如下圖(a)所示,可以通過(guò)在芯片兩端發(fā)光面上涂抗反射(AR)涂層來(lái)抑制面反射率。早期使用氮化物薄膜AR涂層,后來(lái)隨技術(shù)進(jìn)步使用電子束蒸發(fā)和濺射薄膜涂層進(jìn)行鍍膜。但由于AR涂層本身并不能達(dá)到足夠低的反射率,因此通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)有傾斜角度的波導(dǎo)有源層來(lái)進(jìn)一步降低反射。
對(duì)于使用0.8微米波段的GaAs襯底和1微米波段的InP襯底的產(chǎn)品,如果存在較大的反射率,則光譜會(huì)形成多個(gè)模式,如下圖(1)所示。下圖(2)和(3)所示,光譜將變?yōu)槠交螤睿哂休^少的光譜波紋,因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)使用AR涂層和結(jié)構(gòu)來(lái)降低總小面反射率。
類(lèi)似泵浦LD,SLD有源層也開(kāi)始使用整體結(jié)構(gòu)。雖然對(duì)于整體結(jié)構(gòu)而言,僅僅通過(guò)延長(zhǎng)有源層長(zhǎng)度就可以增加光輸出功率,但會(huì)導(dǎo)致帶寬變窄。當(dāng)前主要是使用多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)寬波段的低輸出功率,并在功率和帶寬之間保持可調(diào)平衡。安立公司有著悠久的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)SLD光源的經(jīng)驗(yàn)并且用于安立測(cè)試測(cè)量設(shè)備。我們的SLD在光學(xué)傳感領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用,如眼科醫(yī)療設(shè)備和半導(dǎo)體晶片或光學(xué)薄膜厚度檢測(cè)。
各種反射率降低結(jié)構(gòu)
光譜變化與剩余端面反射率
(4)半導(dǎo)體光放大器(SOA)
半導(dǎo)體光放大器(SOA)通過(guò)降低芯片端面反射率來(lái)放大輸入光信號(hào)。與光纖放大器相比,SOA更小,可以進(jìn)行光學(xué)集成。下圖顯示了20世紀(jì)90年代早期SOA模塊的典型示例及其電流與增益特性。在沒(méi)有驅(qū)動(dòng)電流的情況下,SOA有源層具有與信號(hào)波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的較大光損耗,但隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加,損耗迅速下降并轉(zhuǎn)化為增益。
半導(dǎo)體光學(xué)器件本質(zhì)上具有偏振相關(guān)增益-PDG。可以通過(guò)有意改變活性層和襯底材料中晶格的大小來(lái)抑制PDG。我們已經(jīng)在國(guó)際會(huì)議上展示了此研究成果。我們受到了研究機(jī)構(gòu)關(guān)于該器件的關(guān)注。
早期SOA模塊
典型特性
(5)增益芯片(Gain chip)
普通半導(dǎo)體激光器能夠穩(wěn)定輸出固定波長(zhǎng)的光信號(hào),但這些儀器輸出的激光波長(zhǎng)范圍很寬。例如,當(dāng)測(cè)量濾波器等光學(xué)設(shè)備的波長(zhǎng)特性時(shí),每波長(zhǎng)輸出比白光源大,并支持在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。此外,可以在固定波長(zhǎng)下測(cè)量傳輸特性。
下圖顯示了在商業(yè)化產(chǎn)品中使用littman型外腔的可調(diào)諧波長(zhǎng)光源的基本結(jié)構(gòu)。來(lái)自衍射光柵的第0級(jí)反射光為光學(xué)輸出1,來(lái)自增益芯片左側(cè)的輸出為輸出2。激光波長(zhǎng)由衍射光柵選擇的波長(zhǎng)決定,可以通過(guò)反射鏡的角度來(lái)改變。一個(gè)增益芯片刻面具有非反射性,但另一個(gè)具有高反射率或低反射率,具體取決于光學(xué)系統(tǒng)的配置。有源層內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本上與LD相同,但不同之處在于對(duì)寬增益帶寬的要求。因此,我們嘗試了各種有源層量子阱數(shù)和芯片長(zhǎng)度的組合,并確定了在寬振蕩波長(zhǎng)上獲得高光輸出的參數(shù)。
雖然最初是作為安立測(cè)量?jī)x器的器件開(kāi)發(fā)的,但我們現(xiàn)在為其他公司和通信應(yīng)用提供這些可調(diào)波長(zhǎng)光源模塊。除了用于使用外部諧振器的光學(xué)濾波器的衍射光柵外,每家公司還采用了各種配置,例如使用硅波導(dǎo)的環(huán)形濾波器和液晶濾波器。許多客戶(hù)對(duì)我們的增益芯片給予了高度評(píng)價(jià)。
外部空腔調(diào)諧光源的基本配置
我們的器件業(yè)務(wù)最初是為了為安立測(cè)量?jī)x器提供關(guān)鍵器件而啟動(dòng)的,幾年后我們將很快迎來(lái)光器件業(yè)務(wù)50周年。盡管與資本雄厚的大型制造商相比,我們的資源有限,但我們?nèi)栽诜€(wěn)步開(kāi)發(fā)獨(dú)特的光學(xué)器件,并將繼續(xù)加強(qiáng)我們的集成產(chǎn)品線,以進(jìn)一步提高客戶(hù)滿(mǎn)意度。
新聞來(lái)源:安立通訊科技Anritsu