安立光器件開發(fā)史 |（四）激光器芯片研發(fā)進(jìn)展（續(xù)）

  1964年東京奧運(yùn)會(huì)之后的日本經(jīng)濟(jì)高速增長時(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)代的開始。因此，安立傳感與器件公司的前身開始開發(fā)用于光網(wǎng)絡(luò)測量儀器的關(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)品的開發(fā)故事。

  其他回顧

  第一篇：安立光器件開發(fā)史 |（一）半導(dǎo)體激光器開發(fā)的黎明期

  第二篇：安立光器件開發(fā)史 |（二）制程技術(shù)的變遷

  第三篇：安立光器件開發(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。低相干光源通過降低腔體反射率來抑制振蕩，從而獲得更寬的光譜寬度，被稱為超輻射發(fā)光二極管（SLD）。它們主要用于干涉測量，醫(yī)學(xué)等場景。

  如下圖（a）所示，可以通過在芯片兩端發(fā)光面上涂抗反射（AR）涂層來抑制面反射率。早期使用氮化物薄膜AR涂層，后來隨技術(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，因此通過設(shè)計(jì)一個(gè)有傾斜角度的波導(dǎo)有源層來進(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?，具有較少的光譜波紋，因?yàn)榭梢酝ㄟ^使用AR涂層和結(jié)構(gòu)來降低總小面反射率。

  類似泵浦LD，SLD有源層也開始使用整體結(jié)構(gòu)。雖然對(duì)于整體結(jié)構(gòu)而言，僅僅通過延長有源層長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)并且用于安立測試測量設(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。

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）通過降低芯片端面反射率來放大輸入光信號(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。在沒有驅(qū)動(dòng)電流的情況下，SOA有源層具有與信號(hào)波長相對(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。可以通過有意改變活性層和襯底材料中晶格的大小來抑制PDG。我們已經(jīng)在國際會(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)定輸出固定波長的光信號(hào)，但這些儀器輸出的激光波長范圍很寬。例如，當(dāng)測量濾波器等光學(xué)設(shè)備的波長特性時(shí)，每波長輸出比白光源大，并支持在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行測量。此外，可以在固定波長下測量傳輸特性。

  下圖顯示了在商業(yè)化產(chǎn)品中使用littman型外腔的可調(diào)諧波長光源的基本結(jié)構(gòu)。來自衍射光柵的第0級(jí)反射光為光學(xué)輸出1，來自增益芯片左側(cè)的輸出為輸出2。激光波長由衍射光柵選擇的波長決定，可以通過反射鏡的角度來改變。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)和芯片長度的組合，并確定了在寬振蕩波長上獲得高光輸出的參數(shù)。

  雖然最初是作為安立測量儀器的器件開發(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量儀器提供關(guān)鍵器件而啟動(dòng)的，幾年后我們將很快迎來光器件業(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)一步提高客戶滿意度。