Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0101

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0101
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Название доклада
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
Докладчик
Соколовский Григорий Семенович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время флуоресценцентная микроскопия – важный инструмент биомедицины, ставший общим названием для целого семейства методов – от уже ставшей классической конфокальной микроскопии до огромного числа новых методов, среди которых отдельного упоминания заслуживает LSFM (light sheet fluorescence microscopy – англ.), обеспечивающая сверхбыстрое построение трехмерного изображения, и STED-микроскопия, обеспечивающая разрешение на 1-2 порядка лучше дифракционного предела. Важность современных достижений в области флуоресцентной микроскопии подчеркивается присуждением Нобелевской премии 2014 года Эрику Бецигу, Стефану Хеллу и Вильяму Морнеру «За разработку сверх-разрешающей флуоресцентной микроскопии». Все методы флуоресцентной микроскопии используют флуоресцентные маркеры, для возбуждения которых требуются источники лазерного излучения в видимом диапазоне спектра. Обычно системы флуоресцентной микроскопии включают в себя несколько лазеров, которые делают систему громоздкой, дорогой и сложной в эксплуатации. В этом проекте мы предлагаем заменить лазеры, используемые для возбуждения флуоресценции, на один, перестраиваемый в широком спектральном диапазоне недорогой компактный лазерный источник, основанный на полупроводниковом ИК-лазере и удвоении частоты в нелинейном кристалле.
Описание исследования

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. Это позволяет создать 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. В связи этим основными задачами ПНИ являются:
1.Разработка теоретических моделей для адекватного описания формирования активной области на основе полупроводниковых квантоворазмерных аногетероструктур для формирования сверхширокого спектра усиления и эффектов распространения оптических мод в составных резонаторах на основе нанонаногетероструктур.

2.Численный расчет различных конструкций полупроводниковых лазеров с расширенным волноводом с активной областью на основе полупроводниковых квантоворазмерных наногетероструктур, обеспечивающих одновременный контроль пространственного модового состава и управление спектром генерируемого излучения.

3.Разработка конструкции волновода нелинейного кристалла, обеспечивающей необходимый диапазон перестройки эффективного удвоения частоты от красного до синего цвета за счет согласования мод различных порядков.

4.Разработка методики контроля характеристик полупроводниковых лазеров с активной областью на основе полупроводниковых квантоворазмерных наногетероструктур со сверхшироким спектром усиления.

5.Отработка методом эпитаксиального выращивания активных областей, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300 нм и сопоставление их с результатами теоретических исследований с целью определения влияния параметров наногетероструктур (дизайна резонатора, состава активной области) и внешних параметров (температура, и т.д.) на характеристики исследуемых наногетероструктур.

6.Разработка и изготовление эпитаксиальных пластин полупроводниковых лазеров с активной областью на основе полупроводниковых квантоворазмерных наногетероструктур с сверхшироким спектром излучения, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300 нм.

7.Разработка и изготовление кристаллов полупроводниковых лазеров с активной областью на основе полупроводниковых квантоворазмерных наногетероструктур с сверхшироким спектром излучения, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300 нм. Исследование характеристик кристаллов полупроводниковых лазеров.

8.Разработка эскизных КД и ТД на технологию молекулярно-пучковой эпитаксии и кристаллы полупроводниковых лазеров с расширенным волноводом и активной областью на основе квантоворазмерных наногетероструктур, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300 нм.
9.Разработка и изготовление лабораторного образца видимого лазерного источника с диапазоном перестройки от красного до синего цвета.

Результаты исследования

ЛТИ изготовления методом молекулярно-пучковой эпитаксии квантоворазмерных полупроводниковых наногетероструктур со сверхшироким спектром усиления. Лабораторные образцы квантоворазмерных полупроводниковых наногетероструктур со сверхшироким спектром усиления. ЭКД на кристаллы полупроводниковых лазеров с расширенным волноводом и активной областью на основе квантоворазмерных наногетероструктур, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300нм. ЛТИ изготовления кристаллов полупроводниковых лазеров с расширенным волноводом и активной областью на основе квантоворазмерных наногетероструктур, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300нм. Лабораторные образцы кристаллов полупроводниковых лазеров расширенным волноводом и активной областью на основе квантоворазмерных наногетероструктур, излучающих в спектральном диапазоне 950-1300нм. ЛТИ изготовления лазерного источника видимого излучения с диапазоном перестройки от красного до синего цвета. Лабораторный образец лазерного источника видимого излучения с диапазоном перестройки от красного до синего цвета.

Практическая значимость исследования
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.