Erbium doped optical devices

Details Erbium doped optical devices Erbium doped optical devices

H - Electricity

01

S

H01S 3/05 (2006.01) H01S 3/06 (2006.01) H01S 3/105 (2006.01) H04B 10/04 (2006.01) H01S 3/16 (2006.01) H01S 3/17 (2006.01) H01S 5/183 (2006.01) H01S 3/103 (1995.01)

Patent

CA 2096183

This invention embodies an optical device with a Fabry-Perot cavity formed by two reflective mirrors and an active layer which is doped with a rare earth element selected from lanthanide series elements with number 57 through 71. The thickness of the active layer being a whole number multiple of .lambda./2 wherein .lambda. is the operating, or emissive, wavelength of the device, said whole number being one ofthe numbers ranging from 1 to 5, the fundamental mode of the cavity being in resonance with the emission wavelength of said selected rare earth element, Cavity- quality factors exceeding Q = 300 and finesses of 73 are achieved with structures consisting of two Si/SiO2 distributed Bragg reflector (DBR) mirrors and an Er- implanted (.lambda./2) SiO2 active region. The bottom DBR mirror consists of four pairs and the upper DBR mirror consists of two-and-a half pairs of quarterwave (.lambda./4) layers of Si and SiO2. Photoluminescence at room temperature reveals a drastic enhancement of the luminescence intensity of the cavity emitted along the optical axis of the cavity versus the luminescence without the top mirror. The luminescence intensity of the cavity is typically 1-2 orders of magnitudes higher as compared to structures without a cavity. Furthermore, since the emission wavelength and the intensity decrease for off-normal emission angles, the change in emission wavelength can be quantitatively described by assuming that the on-axis component of the optical wave is resonant with the cavity.

L'invention est un dispositif optique ayant une cavité de Fabry-Pérot formé par deux miroirs et une couche active dopée avec une terre rare c'est-à-dire un élément dont le numéro atomique se trouve entre 57 et 71. L'épaisseur de cette couche active est un multiple entier de /2 où est la longueur d'onde de fonctionnement ou d'émission du dispositif, ce multiple entier allant de 1 à 5. Le mode fondamental de la cavité est en résonnance avec la longueur d'émission de la terre rare utilisée. On peut obtenir pour la cavité des facteurs de qualité supérieurs à 300 et des finesses de 73 en utilisant comme miroir 2 réflecteurs de Bragg répartis de Si/SiO2 et une couche active de SiO2 dopée à l'erbium. Le miroir inférieur est constitué de quatre paires et le miroir supérieur de deux paires et demie de couches quart d'onde de Si et de SiO2. € température ambiante, on constate un fort accroissement de l'intensité lumineuse le long de l'axe optique de la cavité comparativement à l'intensité observée sans le miroir supérieur. L'intensité lumineuse dans la cavité est typiquement de 1 à 2 ordres de grandeur plus élevée que celle des structures sans cavité. De plus, étant donné que la longueur d'onde et l'intensité décroissent aux angles d'émission éloignés de la normale, les variations de la longueur d'onde d'émission peuvent être décrites de façon quantitative en supposant que, sur l'axe, l'onde lumineuse est en résonnance avec la cavité.

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