安立光器件开发史 |（四）激光器芯片研发进展（续）

  1964年东京奥运会之后的日本经济高速增长时期，通信需求大幅增加。日本電信電話公社（NTT的前身）决定建设光纤传输网络，标志着光通信时代的开始。因此，安立传感与器件公司的前身开始开发用于光网络测量仪器的关键器件，如半导体激光器和高速混合集成电路。安立传感器件公司今天的许多产品都继承了这一时期的产品基础。本系列文章介绍了安立传感器件公司开发的器件的历史，本篇文章是第四篇，继续介绍公司主要光器件产品的开发故事。

  其他回顾

  第一篇：安立光器件开发史 |（一）半导体激光器开发的黎明期

  第二篇：安立光器件开发史 |（二）制程技术的变迁

  第三篇：安立光器件开发史 |（三）激光器芯片研发进展

  （3）超辐射发光二极管（SLD）

  由于半导体激光二极管（LD）发射的光具有谱宽度窄、高输出功率的特点，当其被用于干涉测量时，很分辨多个反射点，且当存在多个宽带信号的重叠时，可能会产生噪声。因此，光学传感应用需要光源具有宽光谱宽度特点的低相干噪声源。低相干光源通过降低腔体反射率来抑制振荡，从而获得更宽的光谱宽度，被称为超辐射发光二极管（SLD）。它们主要用于干涉测量，医学等场景。

  如下图（a）所示，可以通过在芯片两端发光面上涂抗反射（AR）涂层来抑制面反射率。早期使用氮化物薄膜AR涂层，后来随技术进步使用电子束蒸发和溅射薄膜涂层进行镀膜。但由于AR涂层本身并不能达到足够低的反射率，因此通过设计一个有倾斜角度的波导有源层来进一步降低反射。

  对于使用0.8微米波段的GaAs衬底和1微米波段的InP衬底的产品，如果存在较大的反射率，则光谱会形成多个模式，如下图（1）所示。下图（2）和（3）所示，光谱将变为平滑形状，具有较少的光谱波纹，因为可以通过使用AR涂层和结构来降低总小面反射率。

  类似泵浦LD，SLD有源层也开始使用整体结构。虽然对于整体结构而言，仅仅通过延长有源层长度就可以增加光输出功率，但会导致带宽变窄。当前主要是使用多量子阱（MQW）结构来实现宽波段的低输出功率，并在功率和带宽之间保持可调平衡。安立公司有着悠久的设计和生产SLD光源的经验并且用于安立测试测量设备。我们的SLD在光学传感领域也有广泛的应用，如眼科医疗设备和半导体晶片或光学薄膜厚度检测。

各种反射率降低结构

光谱变化与剩余端面反射率

  （4）半导体光放大器（SOA）

  半导体光放大器（SOA）通过降低芯片端面反射率来放大输入光信号。与光纤放大器相比，SOA更小，可以进行光学集成。下图显示了20世纪90年代早期SOA模块的典型示例及其电流与增益特性。在没有驱动电流的情况下，SOA有源层具有与信号波长相对应的较大光损耗，但随着驱动电流的增加，损耗迅速下降并转化为增益。

  半导体光学器件本质上具有偏振相关增益-PDG。可以通过有意改变活性层和衬底材料中晶格的大小来抑制PDG。我们已经在国际会议上展示了此研究成果。我们受到了研究机构关于该器件的关注。

早期SOA模块

典型特性

  （5）增益芯片（Gain chip）

  普通半导体激光器能够稳定输出固定波长的光信号，但这些仪器输出的激光波长范围很宽。例如，当测量滤波器等光学设备的波长特性时，每波长输出比白光源大，并支持在宽动态范围内进行测量。此外，可以在固定波长下测量传输特性。

  下图显示了在商业化产品中使用littman型外腔的可调谐波长光源的基本结构。来自衍射光栅的第0级反射光为光学输出1，来自增益芯片左侧的输出为输出2。激光波长由衍射光栅选择的波长决定，可以通过反射镜的角度来改变。一个增益芯片刻面具有非反射性，但另一个具有高反射率或低反射率，具体取决于光学系统的配置。有源层内部结构基本上与LD相同，但不同之处在于对宽增益带宽的要求。因此，我们尝试了各种有源层量子阱数和芯片长度的组合，并确定了在宽振荡波长上获得高光输出的参数。

  虽然最初是作为安立测量仪器的器件开发的，但我们现在为其他公司和通信应用提供这些可调波长光源模块。除了用于使用外部谐振器的光学滤波器的衍射光栅外，每家公司还采用了各种配置，例如使用硅波导的环形滤波器和液晶滤波器。许多客户对我们的增益芯片给予了高度评价。

  外部空腔调谐光源的基本配置

  我们的器件业务最初是为了为安立测量仪器提供关键器件而启动的，几年后我们将很快迎来光器件业务50周年。尽管与资本雄厚的大型制造商相比，我们的资源有限，但我们仍在稳步开发独特的光学器件，并将继续加强我们的集成产品线，以进一步提高客户满意度。