安立光器件开发史 |（一）半导体激光器开发的黎明期

  ICC讯 本系列文章介绍安立传感与器件公司(Anritsu Sensing &Devices Company)的产品开发历史。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。日本电信电话公社(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。本篇文章首先阐述了光器件发展的机遇和早期阶段。

  (1)半导体激光器开发的黎明期

  光纤通信具有传输损耗低、速度快、容量大等优点，但玻璃光纤芯极易断裂。在长距离光纤中定位断裂部位需要一种称为光时域反射计(OTDR)的测量仪器。制造这种仪器需要高输出半导体激光二极管(LD)，该器件在光通信使用的1μm波段发光。

  20世纪80年代CD播放机普及之后，LDs和发光二极管(LED)等半导体激光设备在办公室和家庭中得到广泛应用。而在当时，“激光”指的是固定激光器和气体激光器。虽然这些类型的激光器具有较高的输出，但设备较大，不适合台式测量仪器，且光输出与光纤输入不匹配。因此，我们开始研究LD的未来发展。

  东京工业大学的末松研究室是这一领域的先驱，根据他们的建议，安立在20世纪60年代后半期开始了LD开发的基础研究。1975年引进的晶体生长设备使安立能够进行LD开发，我们最终成功地在砷化镓(GaAs)衬底上成功实现了0.85μm带LD的室温连续振荡。1979年，在NTT电气通信研究所的技术协助下，开始研究使用磷化铟(InP)衬底的长波LD。

  在0.85μm波段OTDR产品化之后，安立开发的1μm波段LD最终于1984年用于期待已久的通信波段OTDR(上图左中为MW98A)。

  此OTDR中使用的LD如上右图所示。带孔的金属部分是一个6mm宽的铜散热器，连接到顶部的LD芯片上;芯片本身非常小，只有0.3(长)x0.4(宽)x0.1(高)毫米。由于铜散热片的线膨胀系数远大于LD-InP衬底，直接焊接的键合存在可靠性问题。因此，我们在LD芯片和铜散热器之间使用了具有中等线膨胀系数和优良热辐射特性的工业金刚石层。

  OTDR分析在光纤中传播的散射和反射光信号，以定位光纤中的断点并测量损耗等。可以通过测量发射和返回光信号之间的时间差和电平来计算故障和损耗的距离。因此，光源的光输出必须是矩形脉冲，而不是连续波(CW)。当时，制造工艺还不成熟，尽管连续光的输出没有问题，但由于脉冲驱动和反射光的影响，仍然存在强度波动、共振和不稳定反射(见下图)的问题，因此有必要检查每个光波形。

  多数人对激光的印象是直线发射的光，就像激光指针一样，但半导体发射的光是通过自由空间扩散的，因为半导体激光器的发射面积非常小。因此，必须使用由两个透镜组成的光收集系统将该光输入到直径为10μm(千分之一毫米)的光纤芯中进行通信：一个球面透镜和梯度折射率(GRIN)透镜。后者是一种柱面透镜，其中折射率从外围到中心轴发生变化。由于透镜长度控制着透镜放大率，因此它具有体积小、使用方便的优点。如下图所示，这些部件从靠近LD端面到光纤端面按顺序安装，这要求光纤轴在微米级对齐。安装使用两种液体粘合剂，需要几个小时才能完全硬化。由于硬化时间和粘合剂收缩的变化，有时不可能防止轴错位，这需要使用专家调整轴对齐，以考虑粘合剂硬化时的移动。1.55μm OTDR是世界上第一台支持单模光纤(SMF)的测量仪器，为光纤通信带来了创新的质量。