Dynamics of quantum dot lasers in high speed optical networks

Abstract

Eräs houkutteleva sovellus kvanttipistelasereille on käyttö nopeiden optisten verkkojen valonlähteenä, koska kvanttipistelasereiden kynnysvirta on matala ja niiden suorasta virralla moduloinnista aiheutuva viserrys vähäistä. Tässä työssä luodaan katsaus alimman kertaluvun laserteoriaan ja sovelletaan sitä kvanttipistelasereiden dynaamisten ominaisuuksien laskennassa.

Kvanttipistelaserin vahvistusta, taitekerrointa, viserrystä ja piensignaalimodulaatiota tutkitaan realistisena rakenteena, joka muodostuu kvanttipisteistä, kvanttikaivosta ja optisesta suojaverhouksesta. Simuloitu kvanttipistelaseri jäljittelee laseria, jonka NECin optoelektroniikan laboratorio Japanin Tsukubassa on valmistanut. Rakenne koostuu kolmesta GaAs:n päälle valmistetusta InAs kvanttipistekerroksesta. Perustilan laserointiaallonpituus on 1.21µm (1.025meV) ja sallittujen perustilan ja ensimmäisen viritetyn tilan välisten optisten transitioiden välinen ero on 70meV. Vertailun vuoksi simuloidaan myös perinteistä nelikomponenttista kvanttikaivolaseria, jonka laserointiaallonpituus on 1.5µm (0.825eV).

Simuloinnit osoittavat, että kvanttipistelaserin viserrys on yli dekadin pienempi kuin kvanttikaivolaserin. Tämä johtuu suuresta lasereiden viivanleveystekijöissä havaituista eroista. Kvanttipistelaserille viivanleveystekijän arvoksi saadaan 0.4 ja kvanttikaivolaserille yli 3. Molempien lasereiden likimääräinen modulointikaistanleveys ylittää 10GHz.