Инжекционные лазеры с вертикальным резонатором с контролируемой поляризацией излучения (1103059), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Вмодели учитываются анизотропные свойства лазерного резонатора и температурные эффекты, возникающие в процессе токовой модуляции. Модель применима к ЛВР с различными поляризационно-селектирующимиструктурами.3. Показана возможность контроля поляризации излучения ЛВР с использованием вводимой в состав распределенного брэгговского отражателя металлической пленки с анизотропией отражательных свойств.
Проведенаоценка параметров пленки, при которых обеспечиваются стабильные поляризационные характеристики ЛВР при прямой токовой модуляции.6Практическая значимость Предложенная математическая модель может использоваться при разработке ЛВР со стабилизированной поляризациейизлучения. Модель позволяет проводить расчет параметров поляризационноселектирующих структур, обеспечивающих стабильность поляризационных характеристик излучения ЛВР при прямой токовой модуляции лазера.
Модельможет быть использована как для проектирования новых ЛВР, так и для улучшения характеристик уже существующих приборов. Предварительная оптимизация конструкции лазера с использованием данной модели позволяет существенно сократить объем экспериментальных исследований, что снижает затраты на разработку ЛВР и облегчает поиск новых конструкторских решений.На защиту выносятся следующие основные результаты и положения.1.
Тонкие металлические пленки с периодически расположенными субволновыми отверстиями проявляют в оптическом и СВЧ-диапазонах схожиеполяризационные свойства несмотря на различную физическую природувозбуждаемых поверхностных волн. На резонансных длинах волн, близких к расстоянию между соседними отверстиями, наблюдаются аномально высокие значения коэффициента пропускания излучения. Резонансныедлины волн пленки, отверстия в которой расположены в узлах прямоугольной решетки, зависят от поляризации падающей волны.2.
При прямой токовой модуляции ЛВР с активной областью на основе GaAsквантовых ям, излучающих на длине волны 850 нм, возможны переключения между ортогонально поляризованными фундаментальными поперечными модами 01и 01. Характер поляризационной динамики лазераопределяется взаимным расположением спектра материального усиленияи частот оптических мод. В диапазоне изменения тока накачки 1-2 пороговых значения поляризационная нестабильность излучения ЛВР проявляется, если в начале генерации моды смещены относительно центраконтура усиления не менее чем на 10 нм в длинноволновую область.
Соотношение интенсивностей лазерных мод определяется степенью анизотропии резонатора. Если спектральный интервал между модами больше0.1 нм, то при переключении между ними отношение их интенсивностейизменяется на 3 дБ и более.3. Металлические пленки с анизотропией отражательных характеристик, нанесенные на верхний слой распределенного брэгговского отражателя, могут быть использованы в качестве поляризационно-селектирующих струк7тур для контроля поляризации излучения ЛВР.
При этом эффективностьконтроля определяется степенью анизотропии пленок. Для получения стабильных поляризационных характеристик с подавлением одной из поляризационных компонент более чем на 20 дБ при прямой токовой модуляции вдиапазоне 1-2 пороговых значения коэффициенты отражения ортогонально поляризованного излучения от распределенного брэгговского зеркалас металлической пленкой должны отличаться не менее чем на 1%.Апробация работы Результаты работы были представлены на следующих международных и всероссийских конференциях, школах-семинарах, научных школах и научно-методических семинарах: международная научно-техническая конференция ”Квантовая электроника” (Минск, 2008 г.); международнаянаучная молодежная школа ”Когерентная оптика и оптическая спектроскопия”(Казань, 2008 г.); научно-методический семинар ”Флуктуационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах” (Москва, 2008 г., 2009 г., 2011г., 2012 г.); международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых ”Ломоносов” (Москва, 2009 г.); всероссийская школа-семинар ”Физика иприменение микроволн” (Звенигород, 2009 г., 2011 г.); международная конференция молодых ученых и специалистов ”Оптика” (Санкт-Петербург, 2009 г.,2011 г.); всероссийская школа-семинар ”Волновые явления в неоднородных средах” (Звенигород, 2010 г., 2012 г.); Organic Light Emitting Materials and Devicesconference, Photonic Devices + Applications symposium, SPIE Optics+Photonics2010 (San Diego, CA, United States, 2010); международная конференция ”Фундаментальные проблемы оптики” (Санкт-Петербург 2010 г, 2012 г.); научно-техническая конференция ”Твердотельная электроника.
Сложные функциональныеблоки РЭА” (Дубна, 2011 г.); International conference ”Laser Optics 2012” (СанктПетербург, 2012).Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 21 печатной работе, из них 5 статей в рецензируемых журналах, 2 работы в сборниках статейи 14 работ в сборниках трудов конференций. Библиографические данные печатных работ приведены в конце списка использованных источников [A1 - A21].Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения.Общий объем составляет 148 страниц. Диссертация включает 53 рисунка и 4таблицы. Библиография содержит 124 наименования, а также 21 авторскуюпубликацию, представленную в отдельном списке.8Содержание работыВо введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цель и задачи работы.
Приведеныположения, выносимые на защиту, а также наиболее важные результаты исследований вместе с описаниями их новизны и практической значимости.В первой главе представлен обзор литературы, отражающей современное состояние проблем в области исследований полупроводниковых лазеров свертикальным резонатором. Изложены физические основы ЛВР, проанализированы их главные преимущества перед полосковыми инжекционными лазерами и основные недостатки. Рассматриваются поляризационные характеристикиЛВР, механизмы поляризационной нестабильности.
Особое внимание уделяется методам контроля поляризации излучения ЛВР, в частности, введению всостав распределенного брэгговского отражателя поляризационно-селектирующих структур.Вторая часть литературного обзора посвящена оптическим свойствам таких структур. Рассматриваются основные закономерности аномального пропускания излучения металлическими пленками с периодическим размещением субволновых отверстий, обсуждаются возможные физические механизмы данногоявления. Последний параграф главы 1 посвящен практическому применениюэффекта аномального пропускания излучения.Глава 2 посвящена исследованию оптических свойств металлических пленок с периодически размещенными субволновыми отверстиями. В большинствеопубликованных по этой теме работ аномально высокие значения коэффициента пропускания таких структур объясняются возбуждением на поверхностиметалла плазмон-поляритонных волн.
Вместе с тем аномальное пропусканиеизлучения наблюдается также в материалах, близких по своим свойствам кидеальным проводникам и поэтому не поддерживающих распространение поверхностных плазмон-поляритонов.Исследование аномального пропускания излучения идеально проводящими пленками проведено в работе [13] с использованием динамической теориидифракции излучения на периодических структурах. В диссертационной работе данная теория обобщена на случай, когда расстояния между отверстиями впленке по взаимно перпендикулярным направлениям не равны друг другу. Показано, что коэффициент пропускания таких пленок зависит от поляризациипадающей волны.9Рис.
2. Спектры пропускания перфорированной дюралюминиевой пластины толщиной0.3 мм при нормальном падении - и -поляризованного излучения. Пластина перфорирована круглыми отверстиями диаметром 6 мм, расположенными в узлах прямоугольной решетки с периодами 15 мм и 18 мм по осям и соответственно. По оси укладывается 13отверстий, по оси - 11.Пусть отверстия в структуре расположены в узлах прямоугольной решетки с периодами и по взаимно ортогональным осям и . Тогда резонансныедлины волн и , на которых коэффициент пропускания − и −поляризованного излучения в теории достигает 100%, определяются выражениями: 2 232 4 ()32 4 ()≈+,≈+.(1)3 22 3Несмотря на то, что идеально проводящие структуры не поддерживают распространение поверхностных плазмон-поляритонов, динамическая теория дифракции предсказывает наличие у них таких же поляризационных свойств, как и уметаллических пленок в оптическом диапазоне.Сделанные выводы проверены экспериментально.
Энергетические спектрыпропускания тонкой дюралюминиевой пластины, полученные для - и - поляризованного излучения, представлены на рис. 2 сплошными линиями. Рассчитанные по формулам (1) резонансные длины волн, на которых коэффициентпропускания в теории достигает 100%, показаны на рисунке вертикальнымипунктирными линиями. Наблюдаемое несоответствие теории и экспериментапо положению и амплитуде резонансных максимумов объясняется тем, что аналитические расчеты выполнены для бесконечной пленки пренебрежимо малойтолщины, в то время как исследуемая в эксперименте пластина имеет ограниченное число отверстий и обладает конечной толщиной.Чтобы учесть конечную толщину пластины и ее ограниченные размерыбыло проведено математическое моделирование в пакете CST Microwave Studio.10Численно рассчитанные спектры пропускания, показанные на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
