Регистрация / Вход
Прислать материал

Квантоворазмерные полупроводниковые наногетероструктуры со сверхшироким спектром усиления и лазеры ближнего ИК-диапазона с расширенным волноводом на их основе для создания перестраиваемого источника лазерного излучения в диапазоне от красного до синего цвета

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
квантовые точки, полупроводниковые лазеры, широкие спектры генерации, широкие спектры усиления, оптический волновод, нелинейный кристалл, генерация второй гармоники

Цель проекта:
Целью проекта является разработка базовой технологии синтеза методом молекулярно-пучковой эпитаксии полупроводниковых квантоворазмерных наногетероструктур со сверхшироким спектром усиления и технологии изготовления кристаллов лазеров ближнего ИК-диапазона с расширенным волноводом на их основе для создания перестраиваемого компактного источника лазерного излучения в диапазоне от красного до синего цвета. По совокупности технических характеристик разработанные источники излучения будут соответствовать мировому уровню или превосходить его. В целом выполнение настоящего проекта позволит развить научно-технический потенциал Российской Федерации в области нанотехнологий, а также обеспечить внутренних потребителей компактными источниками лазерного излучения с уникальным набором характеристик – высокой оптической мощности излучения и высокого качества оптического пучка.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Лабораторная технологическая инструкция (ЛТИ) изготовления методом молекулярно-пучковой эпитаксии квантоворазмерных полупроводниковых наногетероструктур со сверхшироким спектром усиления.
2. Лабораторные образцы квантоворазмерных полупроводниковых наногетероструктур со сверхшироким спектром усиления.
3. Эскизная конструкторская документация (ЭКД) на кристаллы полупроводниковых лазеров с расширенным волноводом и активной областью на основе квантоворазмерных наногетероструктур, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300 нм.
4. ЛТИ изготовления кристаллов полупроводниковых лазеров с расширенным волноводом и активной областью на основе квантоворазмерных наногетероструктур, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300 нм.
5. Лабораторные образцы кристаллов полупроводниковых лазеров расширенным волноводом и активной областью на основе квантоворазмерных наногетероструктур, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300 нм.
6. ЛТИ изготовления лазерного источника видимого излучения с диапазоном перестройки от красного до синего цвета.
7. Лабораторный образец лазерного источника видимого излучения с диапазоном перестройки от красного до синего цвета.
8. Проект технического задания на ОТР по теме: «Разработка опытно-промышленной технологии технологии синтеза методом молекулярно-пучковой эпитаксии полупроводниковых квантоворазмерных наногетероструктур со сверхшироким спектром усиления и технологии изготовления кристаллов лазеров ближнего ИК-диапазона с расширенным волноводом на их основе», включающий технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В основе проекта лежит оригинальная идея, заключающаяся в использовании сложных составных оптических волноводов для эффективного управления выходными параметрами излучения полупроводниковых лазеров с активной областью на основе массивов самоорганизующихся КТ InGaAs/GaAs, обладающих сверхшироким спектром усиления. В результате будет разработан полупроводниковый лазерный источник света, позволяющий не только осуществлять перестройку длины волны излучения в широком диапазоне, но и одновременно осуществлять эффективный ввод излучения в волноводный нелинейный кристалл за счет более узкой расходимости лазерного пучка в вертикальном направлении, для последующего преобразования в видимый свет. Однако для эффективного удвоения частоты необходимо выполнение не только закона сохранения энергии, но и закона сохранения импульса (в данном контексте называемого также синхронизацией фаз). В настоящее время наиболее распространенным и эффективным приемом для синхронизации фаз является периодическая поляризация ферроэлектрических нелинейных кристаллов под действием электрического поля высокой напряженности, меняющего направление спонтанной поляризации кристалла (т.н. quasiphase-matching – англ.). При этом выполнение закона сохранение импульса обеспечивается за счет учета волнового вектора решетки, что делает практически невозможной перестройку длины волны генерации второй гармоники. Предлагаемое решение этой проблемы основано на использовании многомодовых волноводов в нелинейных кристаллах. Помимо многократного повышения эффективности нелинейного преобразования, использование волновода в периодически поляризованном кристалле может обеспечить также на порядок больший диапазон перестройки генерации второй гармоники. В настоящем проекте предлагается использовать многократное рассеяние света на решетке периодической поляризации, аналогично рассеянию света на дифракционной решетке в высоких порядках. В данном случае выполнение закона сохранения импульса обеспечивается за счет многократного учета волнового вектора решетки.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Полупроводниковые квантоворазмерные наногетероструктуры со сверхшироким спектром усиления и технология изготовления кристаллов лазеров ближнего ИК-диапазона с расширенным волноводом на их основе предназначены для создания перестраиваемого компактного источника лазерного излучения в диапазоне от красного до синего цвета. Область применения таких источников излучения простирается от биофотоники и биомедицины до проекционного лазерного телевидения. Отдельно следует упомянуть возможность применения перестраиваемых видимых лазерных источников во флуоресцентной микроскопии, где для возбуждения люминофоров в настоящее время используется одновременно несколько газовых и твердотельных лазеров, что делает флуоресцентные микроскопы весьма громоздкими и дорогими приборами. Замена нескольких лазеров на один компактный и эффективный источник лазерного излучения может оказать огромное влияние на развитие флуоресцентной микроскопии в целом. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы для постановки промышленной технологии изготовления полупроводниковых лазеров различного типа на отечественных промышленных предприятиях.

Текущие результаты проекта:
1. Разработана теоретическая модель и проведен численный расчет различных конструкций полу-проводниковых лазеров с расширенным волноводом и активной областью на основе полу-проводниковых квантоворазмерных наногетеро-структур, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300 нм, обеспечивающих одновременный контроль пространственного модового состава и управление спектром генерируемого излучения.
2. Проведены исследования по отработке техно-логических режимов синтеза методом моле-кулярно-пучковой эпитаксии наногетеро-структур со сверхшироким спектром усиления.
3. Разработана ЭКД волновода нелинейного крис-талла, обеспечивающего необходимый диапазон перестройки эффективного удвоения частоты от красного до синего цвета за счет согласования мод различных порядков.
4. Изготовлены лабораторные образцы волно-водов в нелинейных кристаллах, обеспечивающих необходимый диапазон перестройки эффективного удвоения частоты от красного до синего цвета за счет согласования мод различных порядков.
Полученные результаты соответствуют мировому уровню.