Излучательные характеристики инжекционных лазеров со связанными вертикальными резонаторами (1102991)
Текст из файла
На правах рукописиСКОРОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧИЗЛУЧАТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНЖЕКЦИОННЫХЛАЗЕРОВ СО СВЯЗАННЫМИ ВЕРТИКАЛЬНЫМИРЕЗОНАТОРАМИСпециальность 01.04.03 - радиофизикаАВТОРЕФЕРАТна соискание ученой степени кандидата физико-математических наукМосква - 20072Работа выполнена на кафедре физики колебаний физического факультетаМосковского Государственного Университета им. М.В. ЛомоносоваНаучные руководители:доктор физико-математических наук,профессор Логгинов Александр Сергеевич;кандидат физико-математических наук,Ржанов Алексей Георгиевич.Официальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Богатов Александр Петрович;кандидат физико-математических наук,Виноградов Имант Имантович.Ведущая организация:Институт радиотехники и электроники (ИРЭ) РАН.Защита состоится “ 1 ”ноябрядиссертационного советаД 501.001.672007 г.
в15час.00мин. на заседаниифизического факультета МГУ по адресу119991, Москва, Ленинские горы, физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова,ауд.ЦФА.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.Автореферат разослан “ 27 ” сентября 2007 г.Ученый секретарь диссертационногосовета Д 501.001.67кандидат физико-математических наук, доцентКоролев А.Ф.3Общая характеристика работыАктуальность темы исследованияДиссертационная работа относится к области оптоэлектроники, изучающейпроблемы одновременного использования оптических и электрических методовобработки, передачи и хранения информации.
Основные элементы оптоэлектроники –источники света, оптические среды и фотоприемники. Именно благодаря быстромуразвитию технологий в этой области, а точнее в системах оптоволоконной передачиданных, произошел глобальный технологический и научный прорыв в областикоммуникаций - появилась всемирная компьютерная сеть интернет. Одной из основныхсоставляющих технологической революции явилось создание компактных и легкоуправляемых источников когерентного излучения - полупроводниковых лазеров.Начало быстрого прогресса в разработках таких лазеров было положено в научнойгруппе Ж.И.
Алферова, где был создан первый полупроводниковый лазер нагетероструктуре в системе GaAs-GaAlAs, работающий при комнатной температуре. Врезультатеуспешногоразвитиятехнологиисозданиягетероструктурполупроводниковые лазеры стали самым распространенным в мире источникомкогерентного излучения. В 1977 году японским ученым Кеничи Ига была предложенановая геометрия полупроводникового лазера, а сконструированное им устройствополучило название “лазер с вертикальным резонатором” (ЛВР, англ. обозначение –VCSEL, Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser). Основная идея, заложенная в основуновой геометрии прибора, заключалась в выводе излучения не с торцов лазера вплоскостигетероперехода,а перпендикулярноей.Это позволилооблегчитьизготовление и тестирование новых устройств, а также заметно упростило ихинтеграцию с другими элементами оптоэлектроники. Удачными оказались и рабочиехарактеристики новых лазеров.
ЛВР отличаются от полупроводниковых лазеровизлучающих с торца симметричной диаграммой направленности излучения, малымитоками накачки, одномодовым по продольным модам режимом генерации. Перваяпубликация по этим лазерам появилась в 1978 году, а первое работающее устройствобыло создано в 1979 году.
В дальнейшем ЛВР прошли такой же путь развития, как иполупроводниковые лазеры традиционной геометрии. Демонстрация генерации при4комнатнойтемпературеотноситсяк1988году.Интенсивныеисследования,направленные на создание ЛВР с длинами волн 980, 850 и 780 нм, проводившиеся с1992 года, завершились появлением коммерческих лазеров такого типа.В наши дни развитие этой технологии продолжается. Широкое использованиелазеров с вертикальным резонатором в современной оптоэлектронике ограничиваетсярядом нерешенных проблем.
Можно выделить следующие актуальные темыисследований в данной области.Создание длинноволновых (1300-1550 нм.) и перестраиваемых ЛВР важно длязамены полупроводниковых лазеров классической геометрии, используемых воптоволоконных системах передачи данных на большие расстояния. В таких системахтрадиционно применяются именно длинноволновые лазеры, т.к. длину волныизлучения передатчика выбирают в соответствии с существующими в оптическомволокне спектральными зависимостями затухания и дисперсии. Перестройка длиныволны излучения лазера необходима для реализации возможности использованияодного прибора в качестве передатчика сразу для нескольких каналов в системахпередачи данных со спектральным уплотнением. Помимо этого, перестройка длиныволны позволяет поддерживать спектр излучения прибора постоянным, невзирая наколебания температуры и другие факторы.
Другие применения таких устройств могутлежать и в области спектроскопии.Двухчастотные источники излучения на основе технологии ЛВР могут бытьиспользованы в системах передачи данных, в интерферометрии, в системах считыванияи записи информации.Одночастотные ЛВР уже давно выпускаются промышленностью. Однако ихмощность излучения, как правило, не превышает 1 мВт, что не всегда достаточно дляприменений в системах оптоволоконной передачи данных без использованиядополнительных усилителей.
Кроме того, неоднократно отмечались трудности вуправлении поляризацией излучения лазеров этого типа. Исследования, целью которыхявляетсясозданиеодночастотногоЛСВРсфиксированнойполяризациейиповышенной мощностью излучения, ведутся многими научными группами во всеммире.В качестве одного из возможных путей решения ряда этих проблем предложенаконструкция лазера с двумя связанными вертикальными резонаторами (ЛСВР).5Действительно, в экспериментах такие лазеры уже продемонстрировали режимдвухчастотной генерации, режим одночастотной генерации мощностью свыше 6 мВт,возможности управления поляризацией излучения в процессе работы.
Близкая к ЛСВРсхема была предложена для перестройки длины волны излучения лазера в процессеработы.Полученныевэкспериментахрезультатыявляютсяинтереснымидляприменений в оптоэлектронике. За последние несколько лет было опубликовано болеедвух десятков экспериментальных работ, посвященных этой теме. Однако во многихслучаяхэкспериментальные работы ведутсябезнадлежащеготеоретическогоосмысления и описания.Авторам одной из экспериментальных работ пришлось изготовить целый наборподобных устройств с целью определения параметров конструкции, наиболееподходящих для селекции поперечных мод. Подобные трудности можно ылоустранить, проведя заранее оптимизацию конструкции лазера с использованиемматематическоймоделииметодовчисленногомоделирования.Цельтакойоптимизации должна состоять не только в увеличении мощности излучения лазера, нои сохранении одного из основных преимуществ ЛВР – низких пороговых токовнакачки.Еще в первых экспериментах с ЛСВР была продемонстрирована возможностьуправленияспектральнымихарактеристикамиустройствазасчетизменениясоотношения токов накачки резонаторов.
Однако до появления в конце 2004 годапервой публикаций с анализом работы ЛСВР с использованием скоростных уравненийопределить искомые соотношения токов можно было только экспериментально.Актуальность этой проблемы сохранилась и сейчас, т.к. используемые в указаннойработе скоростные уравнения не учитывают зависимости параметров излучения инакачки от пространственных координат. Из-за этого рассчитанные значенияпороговых токов генерации продольных мод расходятся с экспериментальнымиданными в 1.5 - 2 раза, а теоретические оценки генерируемой лазером мощностивообще не проводились.Существует ряд проблем, которые не рассматривались ни в теоретических, ни вэкспериментальных работах.
При создании ЛСВР для двухчастотной генерациинеизбежно встают вопросы о величине возможного спектрального интервала между6излучаемыми модами, о принципиальных требованиях к конструкции лазера,обеспечивающей стабильную двухчастотную генерацию.Отсутствие достаточно точного математического описания ЛСВР мешаетреализации преимуществ таких устройств и их более широкому внедрению воптоэлектронные системы. На данный момент в литературе можно найти лишьпримеры самосогласованных моделей ЛВР с одним резонатором. Упомянутые вышеработырассматриваютупрощенные(беззависимостипеременныхотпространственных координат) скоростные уравнения для ЛСВР.
Эти модели не могутдать точного описания физических процессов, происходящих в устройстве, еще ипотому, что в них отсутствует важнейшая часть теоретического описания любоголазера – задача нахождения распределения электромагнитного поля внутри структуры.В частности, важная при оптимизации лазера для одночастотной генерации проблеманахожденияраспределенияинтенсивностипоперечныхмодиописанияихконкуренции вообще не рассматривалась. Математическая модель, позволяющаяпроводить подробное теоретическое исследование ЛСВР, с одной стороны необходимадля совершенствования конструкции подобных приборов, а с другой она можетпозволить более полно раскрыть потенциальные возможности таких устройств всовременной оптоэлектронике.Цели диссертационной работыЦели диссертационной работы состояли в создании метода теоретическогоописания ЛСВР и его применении для исследования и оптимизации излучательныххарактеристикполупроводниковыхлазеровсосвязаннымивертикальнымирезонаторами.
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}
