Инжекционные лазеры с вертикальным резонатором с контролируемой поляризацией излучения (1103059)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиГРИГАС СТАНИСЛАВ ЭДУАРДОВИЧИНЖЕКЦИОННЫЕ ЛАЗЕРЫ С ВЕРТИКАЛЬНЫМРЕЗОНАТОРОМ С КОНТРОЛИРУЕМОЙПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ01.04.03 – РадиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2013Работа выполнена на кафедре физики колебаний физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В. Ломоносова.Научный руководитель:кандидат физико-математических наук,старший преподаватель,Ржанов Алексей ГеоргиевичОфициальные оппоненты:Кандидов Валерий Петрович,доктор физико-математических наук,профессор физического факультетаМосковского государственногоуниверситета им. М.В. ЛомоносоваСазонов Сергей Владимирович,доктор физико-математических наук,профессор, ведущий научный сотрудникнационального исследовательского центра«Курчатовский институт »Ведущая организация:Национальный исследовательскийуниверситет «МЭИ »Защита состоится 21 марта 2013 г. в 16 часов на заседании диссертационно­го совета Д 501.001.67 при Московском государственном университете им.

М.В.Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В.Ломоносова, дом 1, строение 2, физический факультет, ЦФА им. Р.В. Хохлова.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского госу­дарственного университета им. М.В.

Ломоносова.Автореферат разослан 21 февраля 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного советаКоролев А.Ф.Общая характеристика работыАктуальность работыВо второй половине XX века произошел качественный скачок в развитиителекоммуникационных технологий, вызванный потребностью обмена даннымимежду удаленными вычислительными машинами.

Быстрое развитие сетевыхтехнологий неразрывно связано с повышением скорости передачи данных. Кнастоящему времени разработан стандарт 100GbE, обеспечивающий скоростьобмена информацией 100 Гбит/с. Основу высокоскоростных телекоммуникаци­онных сетей оставляют оптоволоконные линии связи, ключевым элементом ко­торых являются компактные и легко управляемые источники излучения - по­лупроводниковые инжекционные лазеры.Интенсивное развитие полупроводниковых лазеров началось после разра­ботки Ж. Алферовым и Г. Кремером в 1963 году концепции лазерных диодов cдвойной гетероструктурой, излучающих в непрерывном режиме при комнатнойтемпературе [1, 2].

С момента изобретения основными направлениями разви­тия инжекционных лазеров являются миниатюризация, уменьшение потребля­емой мощности, улучшение излучательных характеристик, для чего конструк­ция лазерных диодов постоянно оптимизируется. В конце 70-х годов японскимученым К. Ига был разработан инжекционный лазер с принципиально новойгеометрией, получивший название ”лазер с вертикальным резонатором” (ЛВР,англ. VCSEL - Vertical Cavity Surface Emitting Laser) [3].

Вывод излучения влазерах такого типа осуществляется не с торца полупроводникового кристаллав плоскости активного слоя, а перпендикулярно ей с поверхности устройства(см. рис. 1). ЛВР обладают рядом важных преимуществ перед полосковымилазерами, к числу которых относятся малые пороговые токи, низкая потребля­емая мощность, малая дифракционная расходимость излучения, одномодовыйпо продольным модам режим генерации, возможность формирования двумер­ных массивов лазеров, низкая стоимость вследствие возможности массовогопроизводства с применением планарной технологии.Вместе с тем ЛВР обладают нестабильными поляризационными характе­ристиками: при прямой токовой модуляции лазеров происходят переключениямежду ортогонально поляризованными компонентами излучения.

Из-за шумов,вызванных поляризационной нестабильностью, значительно ухудшается каче­ство оптической связи [5], поэтому важной задачей является разработка ЛВРсо стабильными поляризационными характеристиками.3Рис. 1. а) ЛВР б) полосковый лазер [4]Для контроля поляризации излучения ЛВР применялись различные под­ходы, в частности, использовались лазерные резонаторы неправильной формы[6] или резонаторы с анизотропией, вызванной механическим напряжением [7].Главный недостаток таких методов заключается в существенном усложнениитехнологического процесса изготовления лазеров, что препятствует их исполь­зованию в массовом промышленном производстве.

По этой причине более широ­кое распространение получили методы контроля поляризационных характери­стик ЛВР путем нанесения на верхний слой резонатора поляризационно-селек­тирующих структур, например, металлических пленок с с периодически разме­щенными субволновыми отверстиями [8].Оптические свойства таких пленок привлекают внимание исследователейс конца XX века, когда был открыт эффект аномального пропускания света [9].Было показано, что на резонансных длинах волн коэффициент пропусканияпленок во много раз превосходит коэффициент пропускания одиночной субвол­новой апертуры.

В определенных случаях отражательные свойства структурызависят от поляризации падающей волны, что может быть использовано дляконтроля поляризации излучения ЛВР [8]. Несмотря на то, что с момента от­крытия эффекта аномального пропускания света прошло 15 лет, в настоящеевремя не существует единого подхода к объяснению данного явления. Поэто­му представляют интерес дальнейшие исследования оптических свойств метал­лических пленок с периодически размещенными субволновыми отверстиями,причем особую актуальность приобретает изучение их поляризационных харак­теристик.Эффективность управления поляризацией определяется степенью согласо­ванности спектральных характеристик лазера со спектральными характеристи­4ками поляризационно-селектирующей структуры. При проектировании такихЛВР необходимо учитывать множество взаимосвязанных друг с другом факто­ров, поэтому перед изготовлением лазера необходимо проводить оптимизациюего конструкции.

Для сокращения материальных и временных затрат целесо­образно проводить оптимизацию с использованием методов математическогомоделирования.Большинство работ, посвященных контролю поляризации излучения ЛВР,выполнено без использования полноценных математических моделей, теорети­ческий аппарат при выборе конструктивных параметров устройств использо­вался в ограниченном объеме. Так, проведенный в работе [8] анализ условийвозбуждения поверхностных плазмон-поляритонных волн позволил выбрать па­раметры металлической пленки таким образом, что при фиксированном токенакачки излучение ЛВР было поляризовано в заданном направлении.

Одна­ко при этом неизвестно, насколько эффективно контролируется поляризацияв процессе прямой токовой модуляции. Ответ на этот вопрос могло бы датьпредварительное математическое моделирование.В отдельных работах методы контроля поляризации излучения ЛВР реа­лизованы с использованием результатов моделирования [10, 11]. В данных рабо­тах используются векторные модели ЛВР, предполагающие численное решениеуравнений Максвелла. Такие модели сложны в реализации и требуют суще­ственных вычислительных ресурсов. Более простые и не требующие примене­ния высокопроизводительных ЭВМ скалярные модели не позволяют проводитьрасчет поляризационных характеристик лазеров [12].

Поэтому представляет ин­терес разработка математической модели ЛВР, учитывающей поляризацию све­тового поля в резонаторе и обладающей низкими требованиями к вычислитель­ным ресурсам.Целью диссертационной работы является исследование возможно­сти контроля поляризации излучения ЛВР с использованием поляризационно­селектирующих структур, вводимых в состав распределенных брэгговских отра­жателей. В качестве таких структур в работе рассматриваются металлическиепленки с периодически расположенными отверстиями, диаметр которых мень­ше длины волны лазерного излучения. Для достижения указанной цели былипоставлены и решены следующие задачи.1. Теоретическое и экспериментальное исследование поляризационныхсвойств металлических пленок с периодически размещенными субволно­выми отверстиями.52.

Разработка самосогласованной динамической модели ЛВР, основанной нарешении скалярного волнового уравнения и учитывающей поляризациюлазерного излучения. Модель должна быть применима к ЛВР с поляри­зационно-селектирующими структурами, введенными в состав распреде­ленных брэгговских отражателей.3.

Исследование поляризационной динамики ЛВР с помощью разработанноймодели. Выявление условий, при которых проявляется нестабильность по­ляризации лазерного излучения.4. Исследование возможности контроля поляризации излучения ЛВР с ис­пользованием вводимых в состав распределенных брэгговских отража­телей металлических пленок, обладающих анизотропией отражательныхсвойств. Оценка параметров пленок, обеспечивающих стабильные поляри­зационные характеристики ЛВР при прямой токовой модуляции лазера.Научная новизна1.

Теоретически и экспериментально показано, что тонкие металлическиепленки с периодически расположенными субволновыми отверстиями про­являют в оптическом и СВЧ-диапазонах схожие поляризационные свой­ства несмотря на различную физическую природу возбуждаемых поверх­ностных волн.2. Разработана самосогласованная динамическая модель полупроводниково­го инжекционного лазера с вертикальным резонатором, основанная нарешении скалярного волнового уравнения и описывающая совместную ди­намику ортогонально поляризованных компонент лазерного излучения иинверсной населенности в активной области с учетом спектрального сме­щения лазерных мод относительно контура материального усиления.

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.

Список файлов диссертации