Development and characterization of semiconductor optical amplifiers

Esta dissertação resume os primeiros esforços de pesquisa em Amplificadores Óticos Semicondutores ( AOS ) no país. Foram construidos AOS de Onda Caminhante pela aplicação de camadas Anti-Refletoras ( AR ), com ultra-baixa refletividade, sobre as facetas terminais de lasers· semicondutores com dupla heteroestrutura InGaAsP - DCPBH operando em 1,3 um. O dielétrico usado na confecção das camadas AR foi o monóxido de silício não estequiométrico SiOx, depositado termicamente sob condições controladas de modo a apresentar o índice de refração e espessura desejados. O índice de refração otimizado foi obtido depositando o filme de SiOx sob condições controladas de pressão parcial de oxigênio e taxa de evaporação . A espessura ótima da camada AR foi adquirida pela monitoração em tempo real de um parâmetro (ótico ou elétrico ) relacionado à refletividade. Para verificar-se a reprodutibilidade e confiabilidade do processo de deposição foi empregado o método estatístico de \"Planejamento Fatorial de Experimentos\". Foram utilizados diferentes métodos para inferir a refletividade das camadas AR depositadas e o ganho espectral dos AOS. Foi também. montado um sistema para medida direta do ganho, englobando um laser em cavidade externa sintonizável, acopladores monomodo a fibra, controladores de polarização da radiação ótica e também controladores de temperatura do suporte do AOS. Através deste sistema foram levantados os principais parâmetros do AOS como ganho de passagem única, potência de saída saturada e largura da curva de ganho. A deposição de camadas AR com monitoração elétrica em tempo real permitiu a obtenção de refletividades inferiores a 10-3 , o que gerou ganhos de passagem única superiores a 20 dB e potência de saturação de + 2 dBm. Foi observada uma largura da banda ótica de amplificação de ?l = 49 nm, com o pico de ganho em 1,29 um. Os dispositivos apresentaram significativa diferença de ganho para os modos TE e TM devido ao uso de estruturas não otimizadas. O AOS foi testado como modulador externo eletro-absortivo, medindo-se uma razão ON/OFF de 29 dB.The first national efforts towards the development of Semiconductor Optical Amplifiers (SOA) are presented. Such devices have been sucessfully implemented by applying AntiReflective (AR) coatings on the terminal facet mirrors of i\\. = 1.3 um InGaAsP-DCPBH lasers. Non-stoichiometric silicon monoxide (SiOx) was thermally evaporated under controlled oxygen pressure in order to obtain the desired refractive index. The optimum layer thickness has been achieved by \"in situ\" optical and electrical monitoration. By applying statistical methods on previous experiments it was possible to select the best AR coating parameters related to stress and durability. Different methods were used to infer the reflectivity of the AR deposited layers. Power gain was directly measured setting up a jig with a tunable external cavity laser. Such set-up allowed to obtain some of the SOA major figures of merit. Reflectivities bellow 10-3 was obtained which leads to 24 dB single-pass gain, and + 2 dBm output saturation power. The device showed a 49 nm optical gain bandwidth. TE and TM modes presented pronounced birrefringence due to the use of non-optimized structures