Диссертация (1104695)
Текст из файла
ОАО НИИ «Полюс» им. М. Ф. СтельмахаИльченко Степан НиколаевичСуперлюминесцентные диоды и полупроводниковый оптический усилительповышенной мощности и широкополосности и приборы на их основе.05.27.03 – Квантовая электроникаДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорЯкубович Сергей ДмитриевичМОСКВА 2014 г.2ОглавлениеВведение ..........................................................................................................................
3Глава 1. Новые СЛД повышенной мощности и широкополосности ............... 35Введение ..................................................................................................................... 351.1 СЛД повышенной мощности и надёжности с центральной длинойволны излучения 670 нм. ..........................................................................................
361.2 Широкополосные СЛД диапазона 800 – 900 нм с колоколообразнойформой спектра .......................................................................................................... 431.3 СЛД ближайшего ИК-диапазона с двугорбой формой спектрашириной до 100нм. ....................................................................................................
581.4 Пространственно - одномодовые СЛД с центральными длинами волн790 нм, 840 нм, 960 нм, 1060 нм с непрерывной выходной оптическоймощности до 100 мВт ................................................................................................ 65Глава 2 Новые комбинированные источники сверхширокополосногоизлучения «ближайшего» ИК – диапазона спектра но основеразработанных СЛД.................................................................................................... 75Введение.
.................................................................................................................... 752.1 Комбинированные источники света с колоколообразной формойспектра BroadLighter-860-G. ..................................................................................... 802.2 BroadLighter-880-MP ........................................................................................... 84Глава 3.
Широкополосный ПОУ-модуль с центральной длиной волны1060 нм и быстроперестраиваемый лазер на его основе ..................................... 923.1 Оптико-физические характеристики ПОУ бегущей волны на основенаногетероструктуры с активными слоями состава In0.35Ga0.65As ........................ 923.2 Быстроперестраиваемый лазер на основе разработанного ПОУ иакустооптического фильтра во внешнем кольцевом оптоволокномрезонаторе.................................................................................................................
103Приложение ................................................................................................................ 109П.1 Спецификации на приборы, разработанные в рамках даннойдиссертационной работы. ....................................................................................... 109П.2 СЛД – модули с центральной длиной волны 1300 нм, работоспособныепри температуре окружающей среды от –55 оС до +125 оС................................. 117Заключение................................................................................................................. 121Сокращения и условные обозначения ..................................................................
124Обозначения переменных........................................................................................ 125Литература.................................................................................................................. 1263ВведениеИстория создания и развития полупроводникового инжекционного лазераберет свое начало в 1962 году через несколько лет после первой демонстрациигенерации когерентных электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне,что явилось началом развития квантовой электроники. Генерация света,вызванная инжекцией тока высокой плотности через p-n переход GaAs, былавпервые продемонстрирована в нескольких разных научно-исследовательскихцентрах практически в одно и тоже время, но потребовалось почти 18 лет преждечем началось массовое производство полупроводниковых лазеров (ПЛ), какдешевых и компактных приборов.Характеристики ПЛ постоянно совершенствуются.
Основными вехамиистории их развития являются: создание первых лазерных диодов (ЛД) на основеp-n перехода в монокристалле GaAs (гомолазеров), создание ЛД на основе«объемных» гетероструктур и получение непрерывной генерации при комнатнойтемпературе,созданиеПЛнаосновеслоистыхквантоворазмерныхгетероструктур и значительное снижение пороговых плотностей тока инжекции,разработка ЛД с активными слоями на основе структур с квантовыми нитями иквантовыми точками, обеспечивающая дальнейшее снижение порога генерации,создание ПЛ с вертикальным резонатором (VCSEL).Первый этап развития, связанный с выдвижением множества блестящихинженерно-физическихидей[1,2],былознаменованизобретениемполупроводникового инжекционного лазера [3,4,5,6]. В принципе переход отсветоизлучающего диода к ПЛ достаточно понятен и прост.
Для получениялазерной генерации необходимо наличие инверсии населенностей и оптическойобратной связи, т. е. резонатора Фабри-Перо. Инверсия населенностей в лазерномдиоде (ЛД) может быть достигнута путем сильного легирования p- и n- областей(имеется в виду гомолазер) и инжекцией высокой плотности электронов и дырок вобласть перехода, возникающей при прямом смещении диода. РезонаторомФабри-Перо могут служить грани самого полупроводникового монокристалла,4сколотого по кристаллографическим плоскостям спайности.
В этом заключалсяосновной подход, взятый на вооружение создателями ЛД.Первые полупроводниковые гомолазеры требовали фантастически высокихплотностей тока инжекции для достижения порога лазерной генерации и, такимобразом, они могли работать только в импульсном режиме во избежаниекатастрофического разрушения, вызванного тепловым разогревом. Криогенноеохлаждение и эффективный тепловой контакт с кристаллом лазера былиобязательными атрибутами техники гомолазеров, вплоть до 1970 года, когда былаполучена первая генерация света в непрерывном режиме работы лазера прикомнатной температуре.
Это стало возможным благодаря разработке технологиигетероэпитаксиальных полупроводниковых структур [7,8,9,10]. С появлением ПЛна гетероструктурах (гетеролазеров) начался второй этап в развитии этихисточников света, характеризующийся резким повышением эксплуатационнойэффективности этих приборов и расширением сферы их применений. ОсновноеотличиеЛДсдвустороннейгетероструктурой(ДГС)отегопредшественника - гомолазера заключается в том, что тонкий активный слой сузкой запрещенной зоной располагался между двумя покровными слоями с болееширокой запрещенной зоной.
Таким образом, появилась возможность ограничитьдиффузиюносителейзарядаилокализоватьихвтонкомузкозонномусиливающем слое. Наличие градиента показателя преломления в направлении,перпендикулярномплоскостиэлектронно-дырочногоперехода,позволилоудерживать свет в центральном слое такой структуры, как в оптическомволноводе. В отличие от гомолазеров, в которых относительно слабо выраженныйволноводныйэффектопределяетсяпространственнымраспределениемлегирующих примесей и градиентом концентраций инжектируемых носителейзаряда, в гетеролазерах волноводные характеристики можно варьировать вшироких пределах при изменении толщин и состава слоев полупроводниковыхгетероструктур. Стремление к наилучшему решению проблемы стимулировалодальнейшее развитие технологии производства ПЛ и привело к появлению таких5приборов, как лазер на основе заращенной мезаполосковой структуры, лазерзаращенного типа с канавкой в подложке, лазер с гребневидным волноводом и др.[11].Результатытеоретическихиэкспериментальныхисследованийгетеролазеров с "объемным" активным слоем (в том числе, результатыисследований их спектральных и динамических характеристик излучения)представлены в огромном числе научных публикаций как в нашей стране, так и зарубежом.
Среди этого огромного многообразия работ следует выделитьследующие монографии и обзорные работы [12,13,14,15,16,17].Благодаря наличию электронного ограничения в ДГС, лазеры с такойконструкцией стали прямыми предшественниками структур с квантовыми ямами(КЯ), в которых средний узкозонный слой имеет толщину порядка единицнанометров, что приводит к расщеплению электронных уровней вследствиеэффектовразмерногоквантования.Однаколишьсразвитиемметодаэпитаксиального роста с прецизионным контролем толщины, состава и т.д. (методмолекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) [18,19] и газофазной эпитаксии из паровметаллоорганических соединений (МОС ГФЭ) [20] ) стала возможна реализациякачественных ДГС со сверхтонкими слоями. Первые результаты проявленияэффекта размерного квантования в оптическом спектре гетероструктуры сосверхтонким слоем была продемонстрирована в 1974 году [21].
В 80-е годы успехгетероструктур с квантовыми ямами (КЯ) привлёк много учёных, и былиисследованы системы с ещё меньшей размерностью – квантовые нити (КН) иквантовые точки (КТ). В квантовых нитях носители заряда ограничены в двухнаправлениях, в КТ – «искусственных атомах», носители ограничены уже во всехтрёх направлениях и обладают полностью дискретным энергетическим спектром.Первые успешные результаты создания лазеров на КН описаны в работе [22], асоздание первых лазеров на КТ описаны в работах [23,24,25].Вскоре после создания ПЛ началось исследование "безрезонаторных" ЛД,привлекавших к себе внимание в качестве квантовых усилителей бегущей волны6[26].
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
