Tema 1

Componentes electrónicos avanzados. Temas 5 y6
20 de julio de 2010
1) [1.75p] Sea un LD de doble heterounión (no SC-LD) con cavidad de Fabry-Perot, con longitud de la
cavidad L, anchura lateral W, espesor d, coeficiente de pérdidas por scattering s, reflectividades
Rm1 y Rm2 en las facetas e índice de confinamiento .
a) Deduce brevemente la expresión para el coeficiente de pérdidas total de la cavidad r.
b) y c) Deduce la dependencia de la corriente umbral Ith con el índice de confinamiento. Da la
expresión en función de la corriente umbral, Ith1, que tendría el LD para  =1
2) [1.5p] Di, respondiendo “a”, “b” o “=”, cuál tendrá:
a
mayor flujo de luz en la cavidad en situación estacionaria: un LD con (a) mayor αr o (b) menor αr
b
menor Δnth: (a) un LD con Г=0.3 o (b) un LD con Г=0.9
c
menor Δnth: un DH LD con (a) d mayor o (b) d menor (siendo en ambos casos Г=1).
mayor γneta,o : un LD con (a) mayor αs o (b) menor αs .
(γneta,o = ganancia neta en oscuridad; αs = coef. de pérdidas por scattering)
e menor Ith: (a) un SC-LD o (b) un DH-LD
d
f
menor Ith: (a) un SC-LD o (b) un QW-LD
g
menor Ith: un DH LD con (a) d mayor o (b) d menor (siendo en ambos casos Г=1).
h
menor Jth: un LD con (a) mayor W o (b) menor W (siendo W=anchura lateral)
i
mayor facilidad para que prevalezca un solo modo longitudinal: un LD multimodo (a) con
confinamiento lateral por ganancia o (b) con confinamiento lateral por índice
j mayor To: (a) un SC-LD o (b) un QW-LD
k
mayor Egef: (a) un QW estrecho o (b) un QW ancho
l
menor dispersión lateral de JF: un LD de confinamiento lateral por ganancia (a) con geometría en tira o
(b) fabricado con bombardeo de H+
m menor dλ/dT: (a) un láser DFB o (b) un LD de Fabry-Perot
n
menor dλ/dT: (a) un láser DFB o (b) un láser DBR
o
mayor facilidad para acoplarlo a fibra óptica: (a) un LD de Fabry-Perot o (b) un LD DBR
3) [1.75p] El espectro adjunto corresponde a un diodo láser modelo ML1412de Mitsubishi
(a) Haz una estimación de la longitud de la cavidad de dicho láser, indicando las operaciones y las
aproximaciones que haces, (b) deduciendo previamente la expresión que utilices.
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Componentes electrónicos avanzados. Temas 5 y6
20 de julio de 2010
4) [5p] Sea un láser DFB de multipozo cuántico (MQW) modulado directamente para comunicación
en 10 Gb/s con emisión en 1310 nm acoplado a fibra monomodo. La temperatura TL de la
submontura del láser está controlada en lazo cerrado.
Características (para temperatura de la submontura del láser TL = 25ºC, salvo que se indique lo contrario)
Parámetro
Símbolo
Condiciones
Típico Unidad
de test
IF = 45 mA
5
cw
Potencia óptica (acoplada a fibra
monomodo)
PO
Corriente umbral
ITH
-
15
mA
d/dT
-
0.085
nm/ºC
f-3dB
IF = 45 mA
18
GHz
Coeficiente de ajuste de la longitud
de onda con la temperatura
Frecuencia de corte
(*): POL es la potencia óptica acoplada a la fibra
a) Di de qué semiconductor serán:

los pozo cuánticos:
las capas cladding:

la guía de ondas:
la capa buffer:

la capa sobre la que se efectúa el contacto superior:
b) Calcula la eficiencia cuántica diferencial acoplada a fibra. Deduce la expresión que uses
c) Haz una estimación de la tensión de disparo del diodo láser V a partir de los materiales. Indica
cómo lo haces.
d) Di cuál es la mínima amplitud en tensión de una onda cuadrada que habrá que aplicar al
conector RF para pasar desde condición subumbral hasta 5 mW. (Supón que por el terminal 3
no circula corriente alterna y que la resistencia parásita en serie del diodo láser es despreciable).
e) Indica con qué propiedad(es) del material dependiente de la temperatura estará relacionado en
este láser dλ/dT y haz el cálculo numérico que corresponda.
f) Indica de forma breve y precisa qué ventajas prácticas para comunicación por fibra óptica a alta
velocidad presenta:
(i) láser DFB frente a un láser de Fabry-Perot
(ii) un láser con emisión en 1310 nm frente a un láser de AlGaAs
(iii) un láser DFB acoplado a una fibra monomodo frente a un láser DFB acoplado a una fibra
multimodo
g) Dibuja cualitativamente la dependencia de la corriente umbral para este láser e indica a qué es
debida la diferencia de comportamiento a baja temperatura respecto a un láser con cavidad de
Fabry-Perot
h) Dibuja en escala log-log la dependencia de la potencia con la frecuencia de modulación: (i)
para IF=45 mA y (ii) IF= 30 mA indicando los valores numéricos que puedas.
q (C)
1.6·10
-19
kB (eV/K) c0 (m/s)
8.617·10
-5
3·10
8
h (J·s)
6.63·10
-34
m0 (Kg)
9.1·10-31
Semic. InSb
InAs
GaSb
InP
GaAs
AlSb
AlAs
GaP
AlP
GaN
Eg(eV) 0.17
0.36
0.73
1.35
1.42
1.65
2.16
2.26
2.45
3.4
a (nm) 0.6479 0.6057 0.6095 0.5869 0.5653 0.6149 0.5661 0.5451 0.5452
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