Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 低偏振灵敏度半导体光放大器
发信站: 哈工大紫丁香 (Sun Jun  1 09:34:32 2003)

高偏振灵敏度是阻碍半导体光放大器(SOA)获得实际应用的主要障碍之一。近年来，采用

“能带工程”来降低SOA偏振灵敏度的研究工作有所报道［1,2］。基本原理是利用张应

变将量子阱的轻空穴能带提到重空穴能带之上，以增强导带电子与轻空穴之间的辐射复

合速率，达到提高TM模的增益的目的［3,4］。基于应变量子阱的SOA，其性能达到了几

乎能与掺铒光纤放大器(EDFA)媲美的程度［2］。我们采用混合应变多量子阱材料制作S

OA，获得了较好的结果。
1　实　验
　　在InP衬底上由MOCVD外延生长InxGa1-xAsyP1-y混合应变量子阱和势垒层。张应变量

子阱阱宽为12 nm,应变量为-0.75%,压应变量子阱阱宽为5 nm，应变量为0.6%，垒宽为1

4 nm，应变量为0.14%。阱宽和应变量是两个十分重要的参数。芯片采用BH结构。有源区

湿法刻蚀成宽度为2 μm的条形，液相外延掩埋生长。制作电极后解理，再腔面增透。安

装热沉后加电流，单模光纤耦合，测试。
2　结果与讨论
　　图1和图2分别为安装热沉后的腔面未增透SOA芯片的P-I特性和光谱。测试时，用检

偏器分别将TE模和TM模区分开来。方法是，先用装上热沉的普通半导体激光器芯片所发

出的光通过检偏器，光强最大时标定TE模对应的检偏器位置，旋转90°即是TM模对应的

位置。从P-I特性上看出，3T4C(3个张应变阱和4个压应变阱)结构的TM模增益不够，没有

激射；3T3C结构的TM模大约在110 mA偏置下开始激射，微分增益与TE模相当；4T3C结构

的TM模大约在100 mA偏置下开始激射，微分增益较TE模为大。由此看出，只有当净应变

为张应变，且达到一定的应变量时，TM模才能激射。随着张应变量的增加，TM模的微分

增益加大。并且，随着阱数的增加，材料内部的增益加强，TE模的微分增益增强。3种不

同芯片的TE模阈值电流都在25 mA左右。在TM模的阈值附近，表现出明显的模式竞争。由

于TM激射后对载流子的大量消耗，TE模的微分增益下降，P-I特性曲线变得平坦。这种模

式竞争从图2的4T3C材料结构芯片的光谱上看得更为清楚。当偏置为50 mA时，只有TE模

式的多模激光器的光谱，当偏置电流加大到150 mA时，出现了对应两个不同峰值波长的

谱线，分别属于TE和TM模式。TM模的中心波长略长于TE模。从图上还可以看出因能带填

充带来的蓝移。
图1　不同应变量子阱芯片的P-I特性曲线
Fig.1　P-I property of different strained quantum well chips
图2　4T3C结构芯片的激射谱
Fig.2　Stimulate spectrum of 4T3C chip
　　采用SiO单层膜系对4T3C芯片的两个腔面增透后，安装热沉。其P-I特性如图3所示。

最大偏置电流为200 mA。从图中看出，在此偏置下没有激射。图4为其在100 mA偏置下的

光谱。图中阴影部分是由腔面剩余反射率所引起的调制。这种调制随偏置电流的加大而

加深，且由此带来光谱谱宽变窄。
图3　腔面增透后的4T3C芯片的P-I特性
Fig.3　P-I property of 4T3C AR coated chip
图4　腔面增透后的4T3C芯片的光谱
Fig.4　The spectrum of 4T3C AR coated chip
　　经过偏振控制器后，1 kHz交流调制的小信号经单模光纤输入给4T3C结构的SOA，输

出信号由大面积光探测器输入给1 kHz选频放大器后给出。由此测出单端耦合的SOA的增

益。测试前，先用普通量子阱SOA来调节偏振控制器，找到对应TE模的状态，然后在此状

态下，测试应变量子阱SOA的TE模增益，再调节偏振控制器，使之相对于TE模，在同一偏

置和输入信号下，输出信号最大或最小，此时，偏振控制器的状态对应TM模。在测定了

TM模的信号后，再调节偏振控制器，使输出信号相对于TM模最小或最大，由此来检验已

测得的TE模信号。在选频放大器的测量精度范围内，前后二者一致。反复测试，信号大

小的相对误差小于6%。测试结果如图5所示。
图5　4T3C结构SOA的增益与电流的关系
Fig.5　Gain versus biased current of SOA with 4T3C structure
　　由图5可见，小信号最大增益约为24 dB。偏振灵敏度(GTE-GTM的绝对值)约为1 dB。


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