The mode control of asymmetric Fabry-Perot optical modulators with multiple quantum wells

The asymmetric Fabry-Perot (ASFP) mode position with the thickness of different index coating layer is calculated. The reason for the blue shift of the ASFP mode with the increasing thickness of low index coating layer is analyzed and this phenomenon is observed in experiments. With the wet-etching method, the ASFP mode can be tuned to the desired wavelength and thus the deviation of growth can be compensated. This method is used to improve the contrast ratio of modulators. With the ASFP mode located at different positions relative to the unbiased e-hh peak, different modulation characteristics are demonstrated.

平顶响应的热光可调谐Fabry-Perot滤波器

制作了一种平顶响应的热光可调谐滤波器,通过用湿法腐蚀方法将半波长的共振腔分成具有不同光学厚度的两部分,并且使入射光照射到两部分的面积基本上相等,实现平顶响应特性.对该滤波器的输出响应进行检测,实验结果与理论模拟符合,相对透射率的极大值与极小值间的起伏度小于0.01.与实现平顶响应的其他方法相比,本滤波器器件的制作工艺简单,平顶性能优越,容易与其他有源和无源光子器件集成.还给出了制作几十μm量级的共振腔实现平顶窄带响应的热光可调谐滤波器的机理,其输出响应的起伏度小于0.02,3 dB带宽小于1 nm.

1.55μm Fabry-Perot Thermo-Optical Tunable Filter with amorphous-Si as Cavity

A 1.55μm Fabry-Perot (F-P) thermo-optical tunable filter is fabricated. The cavity is made of amorphous silicon (a-Si) layer grown by electron-beam evaporation technique. Due to the excellent thermo-optical property of a-Si, the refractive index of the F-P cavity will be changed by heating; the transmittance resonant peak will therefore shift substantially. The measured tuning range is 12nm, FWHM (full-width-at-half-maximum) of the transmission peak is 9nm, and heating efficiency is 0.1K/mW. The large FWHM is mainly due to the non-ideal coating deposition and mirror undulation. Possible improvements to increase the efficiency of heating are suggested.

Measurement of Cavity Loss and Quasi-Fermi-Level Separation for Fabry-Perot Semiconductor Lasers

A fitting process is used to measure the cavity loss and the quasi-Fermi-level separation for Fabry- Perot semiconductor lasers. From the amplified spontaneous emission (ASE) spectrum, the gain spectrum and single-pass ASE obtained by the Cassidy method are applied in the fitting process. For a 1550nm quantum well InGaAsP ridge waveguide laser, the cavity loss of about ～24cm~(-1) is obtained.

Generation of optimized wavelength-tunable optical pulse from an uncooled gain-switched Fabry-Perot semiconductor laser using optical amplifier as external light injection

We present a novel system design that can generate the optimized wavelength-tunable optical pulse streams from an uncooled gain-switched Fabry-Perot semiconductor laser using an optical amplifier as external light source. The timing jitter of gain-switched laser has been reduced from about 3 ps to 600 fs and the pulse width has been optimized by using our system. The stability of the system was also experimentally investigated. Our results show that an uncooled gain-switched FP laser system can feasibly produce the stable optical pulse trains with pulse width of 18 ps at the repetition frequency of 5 GHz during 7 h continuous working. We respectively proved the system feasibility under 1 GHz, 2.5 GHz and 5 GHz operation. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Tunability of resonant wavelength by Fabry-Perot microcavity in organic light-emitting diodes

Distributed Bragg reflectors (DBR) with different reflection wavelengths were designed, and were used to fabricate microcavity organic light-emitting diodes (OLEDs) based on tris(8-hydroxyquinoline)-aluminum (Alq(3)) as the emitter and N, N'-di(naphthalene-1-yl)-N, N'-diphenyl-benzidine (NPB) as the hole-transporting layer. The microcavity was composed of DBR dielectric mirror and metal electrode aluminum (Al) mirror. Some effects of vertical optical Fabry-Perot microcavity on spontaneous emission in OLEDs were investigated. Spectral narrowing, enhancement of emitting intensity and anglular dependence of emission were observed due to the microcavity effect. It was found experimentally that the utilization of DBR is a better method to adjust the emissive mode in the resonant cavity in OLEDs well. Thus the realization of different color light emission becomes possible by the combination of carefully designed microcavity and electroluminescent organic semiconductors in a single LED.

A Fabry-Perot Refractometer for Chemical Vapor Sensing by Solid-Phase Microextraction

The contour lithography method [1] is used to improve the fabrication yield of previously demonstrated [2] microfluidic Fabry-Perot (FP) refractive index (RI) sensors. The sensors are then coated with polydimethylsiloxane (PDMS) based polymers to detect vapor analytes by solid-phase microextraction (SPME). Preliminary characterization of devices coated with two different polymers and exposed to xylenes vapors yields a maximum sensitivity of 0.015 nm/ppm and a detection limit below 120 ppm.

Line of Brillouin-Erbium Fiber Laser Utilizing a Fabry-Perot Cavity in L-band

In this paper, the generation of a multiwavelength laser source from a Brillouin -Erbium fiber laser in the long wavelength band (L-band) region is experimentally demonstrated. The proposed laser system utilizes a Fabrv-Perot cavity formed by fiber-loop mirrors. Twenty-four lines of Brillouin-Stokes with line spacings of 10 GHz are obtained in the L-band region

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

Studio di cavità Fabry-Perot per laser ultrastabili

Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di studiare il comportamento di un fascio laser interagente con un risonatore ottico, grazie al quale il laser può essere stabilizzato agganciando la sua frequenza di missione ad uno dei modi della cavità. In sintesi la lunghezza d’onda del fascio è vincolata ad assumere valori multipli della lunghezza della cavità, dato che in questo modo si possono decisamente migliorare le caratteristiche spettrali di un laser tipico. La stabilizzazione, e il restringimento di riga del laser, vengono effettuati agganciando la sua frequenza sul modo trasverso fondamentale tramite un sistema di feedback. La cavità è però soggetta a sua volta a fluttuazioni di tipo termico e meccanico. Una variazione in lunghezza del risonatore comporta una variazione in frequenza dei modi. Le derive di frequenza dovute agli effetti termici si possono limitare utilizzando materiali con bassa dilatazione termica posti in ambienti la cui temperatura viene stabilizzata tramite un sistema di feedback. Per le vibrazioni, invece, il lavoro è più complicato: non essendo sufficiente mettere il sistema in ambienti isolati per attenuare le fluttuazioni, è stato recentemente proposto di studiare la posizione migliore dei sostegni affinché le fluttuazioni, e quindi le conseguenti variazioni in lunghezza della cavità, risultino minime. Per analizzare questo problema è stato utilizzato un software open-source per l’analisi agli elementi finiti, Salome-Meca, tramite il quale è stata riprodotta la geometria del un risonatore ottico a nostra disposizione, per simularne il comportamento sotto l’effetto del campo gravitazionale. Da qui si sono ottenuti i dati riguardo lo spostamento degli specchi della cavità in funzione della posizione del sostegno, dai quali si è riuscito a trovare il punto di posizionamento del supporto capace di ridurre lo spostamento di un ordine di grandezza.

All-optical logic gates with 1550nm Fabry-Perot and distributed feedback semiconductor laser amplifiers

The optical bistability occurring in laser diode amplifiers is used to design an all-optical logic gate capable to provide the whole set of logic functions. The structure of the reported logic gate is based on two connected 1550nm laser amplifiers (Fabry-Perot and distributed feedback laser amplifiers).

A multiwavelength low-power wavelength-locked slotted Fabry-Perot laser source for WDM applications

Wavelength-locking of a multiwavelength stabilized slotted Fabry-Perot (SFP) laser to a single-mode laser source is experimentally demonstrated. The SFP resonates at channels spaced by similar to 8 nm between 1510 and 1565 nm over a wide range of temperatures and drive currents. Under low-power (<- 20 dBm) external optical injection, wavelength-locking with a sidemode suppression ratio (SMSR) > 25 dB is achieved. A locking width of > 25 GHz and SMSR > 30 dB can be achieved for each locked wavelength channel at injection power > - 16 dBm.

Fiber Bragg grating Fabry-Perot structures under loading and their applications in switchable multi-wavelength lasers

Characteristics of fiber Bragg grating based Fabry-Perot (FBG-FP) structures under transversal loading are investigated. A novel switchable multi-wavelength fiber laser employing loaded FBG-FP is also demonstrated. © 2012 OSA.