Vertical-cavity surface-emitting laser in optical datacommunication

Abstract

Tässä työssä on tarkasteltu lähinnä pystykaviteettista pintaemittoivaa lasermatriisi-moduulia (pystypintalasermatriisi), jossa on neljä kanavaa. Moduuli soveltuu erinomaisesti lyhyen kantaman rinnakkaiseen optiseen tiedonsiirtoon. Ensin on selvitetty pystypintalaserin valmistukseen liittyviä seikkoja sekä sen ioni-istutettua ja selektiivisesti oksidoitua rakennetta. Tämän jälkeen on käsitelty tyypillisiä sähköisiä sekä optisia ominaisuuksia, joiden mittaamista varten suunniteltiin ja valmistutettiin demonstraatiopiirilevy .

GaAs-alustakiteelle valmistetun pystypintalaserin yhden aallonpituuden paksuisen kaviteetin aktiivisena rakenteena on tyypillisesti kolme noin 10 nm:n paksuista GaAs-kvanttikaivoa. Kaviteettia ympäröi kymmenet lambda/4-paksuiset Braggin peilihilakerrokset, jotka on valmistettu Al_(x)Ga_(1-x)As ja AlAs-puolijohdemateriaaleista. Ioni-istutus- ja selektiivisen oksidointimenetelmän avulla voidaan laseriin syötettävä injektiovirta ja sivusuuntainen optinen moodi rajata halutulle alueelle, jolloin laserin ominaisuudet paranevat.

Työssä esitetään mittausjärjestelmät ja -tulokset. Kaikista neljästä laserista mitattiin optinen ulostuloteho, jonka keskiarvoksi saatiin -10,8 dBm moduloimattomille lasereille ja -6,5 dBm moduloiduille lasereille. Modulointina käytettiin pulssikoodimodulointia, jonka signaalin formaattina oli nollaanpalautumaton pseudosatunnaisbittisarjasignaali ja nopeutena 622 Mb/s.

Laserien spektreistä tarkasteltiin intensiteetiltään suurimman emissiopiikin aallonpituus sekä puoliarvoleveys. Moduloimattomien laserien aallonpituuksien keskiarvoksi saatiin 857,742 nm ja moduloitujen 857,867 nm. Vastaaviksi puoliarvoleveyden keskiarvoiksi saatiin 0,130 nm ja 0,158 nm. Lisäksi oskilloskoopilta saatujen silmäkuvioiden avulla laskettiin moduloitujen laserien sammutussuhteet, joiden keskiarvoksi saatiin 4,2 dB. Lopuksi laserin emissio kytkettiin PIN-diodimatriisiin perustuvaan vastaanotinmoduuliin, jonka avulla tarkasteltiin koko tiedonsiirtolinkin toimivuutta.