Повышение эффективности мощных лазерных диодов на основе волноводов нового типа с приповерхностной активной областью

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-22-00557

НазваниеПовышение эффективности мощных лазерных диодов на основе волноводов нового типа с приповерхностной активной областью

Руководитель Паюсов Алексей Сергеевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-303 - Физика лазеров

Ключевые слова полупроводниковый лазер, оптический волновод, оптическая мода, оптическое туннелирование, лазерная накачка, лазерная обработка материалов, коэффициент полезного действия

Код ГРНТИ29.33.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение проблемы повышения эффективности и мощности инжекционных полупроводниковых лазеров за счёт уменьшения теплового, электрического сопротивлений и оптических потерь вследствие применения оптических волноводов нового типа. Актуальность решения обозначенной проблемы обусловлена тем, что современные полупроводниковые лазеры являются ключевыми компонентами телекоммуникационного оборудования, систем обработки материалов, многих медицинских приборов, а также приобретают важнейшее значение для развития авиакосмической отрасли, систем навигации беспилотных автомобилей. Технологический прогресс в перечисленных областях во многом обусловлен постоянным совершенствованием характеристик мощных полупроводниковых лазеров. Стоимость единицы оптической мощности постепенно снижается, что является одним из основных факторов, влияющих на использование мощных диодных лазеров. Естественный способ продолжать её снижение заключается в увеличении максимальной выходной оптической мощности при сохранении стоимости лазера. Особенностью полупроводниковых лазеров является то, что конструкция эпитаксиальной гетероструктуры, включая контактный слой и подложку, определяет волноводные свойства и одновременно задаёт электрические, оптические и тепловые характеристики приборов. Это в свою очередь делает разработку новых конструкций волновода наиболее эффективным подходом, позволяющим максимально учесть требования к полупроводниковому лазеру с точки зрения одновременного улучшения его оптических, электрических и тепловых характеристик. В проекте будет использована предложенная ранее авторами концепция вертикального волновода полупроводниковых лазеров, основанная на оптически-связанных резонансных волноводах и получившая название CLOC (Coupled Large Optical Cavity). Новизной проекта является предлагаемая стратегия улучшения лазерных характеристик. Она заключается в использовании заведомо многомодового вертикального волновода в котором активная область экстремально смещена в сторону p-эмиттера, а возможная генерациия паразитных мод селективно подавляется. Этим предлагаемый подход радикально отличается от конструкций, используемых в настоящее время. Его преимуществами являются: • Улучшение отвода тепла от активной области за счёт уменьшения расстояния от активной области до теплоотводящей поверхности. • Снижение электрического последовательного сопротивления за счёт использования более тонких p-слоев. • Уменьшение внутренних оптических потерь лазера, главным образом, из-за уменьшенного перекрытия оптической моды с сильно легированными слоями. • Увеличение эффективности фокусировки лазерного луча за счёт уменьшения его расходимости. • Улучшение качества и яркости лазерного пучка в горизонтальном направлении за счёт уменьшения нагрева лазерного кристалла и подавления эффектов тепловой линзы и филаментации. Научная проблема на решение которой направлен проект имеет мировой масштаб в области полупроводниковых лазеров. Развиваемая в проекте концепция CLOC универсальна по своей сути, и в дальнейшем может быть использована для совершенствования характеристик полупроводниковых лазеров любого спектрального диапазона, а поставленные в проекте задачи направлены на одновременное улучшение целого ряда лазерных параметров (мощность, эффективность, тепловое и электрическое сопротивление, стабильность и качество лазерного пучка, внутренние оптические потери).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Г.О. Корнышов, Н.Ю. Гордеев, Ю.М. Шерняков, А.А. Бекман, А.С. Паюсов, С.А. Минтаиров, Н.А. Калюжный, М.В. Максимов Связь длины волны и усиления в лазерах на квантовых ямах, точках и яма-точках Физика и техника полупроводников (год публикации - 2022)

2. Паюсов А.С., Бекман А.А., Корнышов Г.О., Шерняков Ю.М., Максимов М.В., Гордеев Н.Ю. Измерение теплового сопротивления торцевых полупроводниковых лазеров по спектрам спонтанного излучения Физика и техника полупроводников (год публикации - 2022)

3. А.А. Бекман, А.С. Паюсов, Г.О. Корнышов, Ю.М. Шерняков, С.А. Минтаиров, Н.А. Калюжный, М.М. Кулагина, М.В. Максимов, Н.Ю. Гордеев Thermal properties of coupled-waveguide-based semiconductor lasers IEEE Xplore, 2022 International Conference Laser Optics (ICLO) (год публикации - 2022)
10.1109/ICLO54117.2022.9839898

4. А.С. Паюсов, А.А. Бекман, Г.О. Корнышов, Ю.М. Шерняков, С.А. Минтаиров, Н.А. Калюжный, М.М. Кулагина, М.В. Максимов, Н.Ю. Гордеев Reducing thermal resistance of high-power semiconductor diode lasers with coupled waveguides Elsevier, Optics and Laser Technology 164,109479 (2023) (год публикации - 2023)
10.1016/j.optlastec.2023.109479

5. А.С. Паюсов, Г.О. Корнышов, Н.Ю. Гордеев, А.Е. Жуков Вклад связанных волноводов в сопротивление гетероструктуры мощных торцевых лазеров InGaAs/GaAs/AlGaAs Письма в Журнал технической физики (год публикации - 2024)

Публикации