Wyniki wyszukiwania

JAN MUSZALSKI

Lasery kaskadowe QCLs (ang. Quantum Cascade Lasers) są półprzewodnikowymi przyrządami unipolarnymi, w których przejścia promieniste elektronów generowane są w ramach precyzyjnie zaprojektowanego układu wewnątrzpasmowych stanów kwantowych. Dla poprawnego działania takiego układu są wymagane odpowiednie wartości prawdopodobieństwa przejść wewnątrzpasmowych oraz tunelowych. Układ ten wytwarzany jest dla odpowiedniej zewnętrznej polaryzacji elektrycznej w wielomodułowym, wielowarstwowym obszarze aktywnym. Stany kwantowe generowane w każdym z wielowarstwowych modułów realizują np. trój- lub czteropoziomowy układ laserowy (w odpowiednim trój- lub czterostudniowym fragmencie modułu) i zapewniają możliwość tunelowego przejścia elektronów do kolejnego modułu (dzięki fragmentowi modułu[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2009/5

» Techniki charakteryzacji laserów kaskadowych, badanie generacji i transportu ciepła w strukturach

Kamil Pierściński

Kwantowe lasery kaskadowe QCLs (Quantum Cascade Lasers) są obecnie bardzo szybko rozwijającą się grupą laserów półprzewodnikowych emitujących w zakresie średniej podczerwieni (3,5…24 μm) [1], jak i w zakresie terahercowym (1,2…4,9 THz) [2,3]. Pierwsza demonstracja emisji w laserach kaskadowych GaAs/AlGaAs miała miejsce w 1998 r. w grupie C. Sirtori w laboratoriach Bella [4]. Od tego czasu lasery kaskadowe bazujące na materiałach GaAs/AlGaAs zostały znacząco udoskonalone, jednakże nadal maksymalna temperatura pracy na fali ciągłej CW (Continous Wave) to temperatura kriogeniczna. Głównym czynnikiem ograniczającym pracę CW jest wysoka moc przy jakiej pracuje urządzenie. Wysokie prądy i napięcia zasilające skutkują wydzieleniem dużej ilości ciepła w obszarze aktywnym (progowa gęstość mocy sięga 90 kW/cm2). Prowadzi to do niekorzystnego wzbudzania nośników z poziomów energetycznych w studniach kwantowych do kontinuum stanów ponad tymi studniami, przez co maleje inwersja obsadzeń, a stąd również zmniejsza się wzmocnienie promieniowania i jeszcze bardziej rośnie prąd progowy. Zwiększenie wydajności i niezawodności laserów kaskadowych w wyższych temperaturach pracy wymaga cieplnej optymalizacji struktury i montażu, niezbędna jest więc znajomość rozkładu temperatury w przyrządzie. Pomiary rozkładów temperatury na powierzchni zwierciadeł lasera QCL zostały wykonane przy wykorzystaniu techniki eksperymentalnej - spektroskopii termoodbiciowej (STR). Kwantowe lasery kaskadowe zdobywają coraz większą popularność w wielu dziedzinach n[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/10

» Morfologia powierzchni międzyfazowych w wielowarstwowych strukturach periodycznych AlGaAs/GaAs

ANNA BARAŃSKA

KAMIL KOSIEL

JUSTYNA KUBACKA-TRACZYK

IWONA PASTERNAK

TOMASZ PŁOCIŃSKI

KRZYSZTOF KURZYDŁOWSKI

Cienkowarstwowe heterostruktury półprzewodnikowe AlGaAs/ GaAs są stosowane do wytwarzania przyrządów mikro- i optoelektronicznych (takich jak tranzystory polowe, tranzystory bipolarne, czy diody fotoluminescyjne i laserowe). Wspomniany układ materiałowy stosuje się także w technologii epitaksji struktur kwantowych laserów kaskadowych, emitujących promieniowanie w zakresie średniej oraz dalekiej podczerwieni. Ich działanie oparte jest na wewnątrzpasmowych przejściach promienistych pomiędzy podpasmami energetycznymi, które generowane są w układach sprzężonych kwantowych studni potencjału. Precyzyjnie zdefiniowane powierzchnie międzyfazowe odrywają istotną rolę w prawidłowym działaniu optoelektronicznych przyrządów półprzewodnikowych. Morfologia powierzchni wpływa na właściwości optyczne, elektryczne oraz energetyczne struktur półprzewodnikowych [1, 2]. Uzyskanie w układach studni kwantowych poziomów energetycznych zgodnych z teoretycznymi założeniami konstrukcyjnymi, warunkowane jest właściwą kontrolą grubości warstw hetero- -struktury, jak i uzyskaniem powierzchni międzyfazowych o odpowiedniej morfologii. Chodzi tu zarówno o ich wystarczającą gładkość, jak i o powstrzymanie zjawiska interdyfuzji składników sąsiadujących warstw, która powoduje poszerzenie interfejsu chemicznego. W przypadku kwantowych laserów kaskadowych występowanie chropowatych powierzchni międzyfazowych wpływa na intensyfikację zjawiska rozpraszania nośników z dolnego poziomu iniektorowego na dolny poziom laserowy [3]. Taki transport elektronów, zachodzący z pominięciem górnego poziomu laserowego oznacza straty i pogorszenie parametrów lasera (np. podwyższenie prądu progowego). Wpływ na morfologię powierzchni międzyfazowych AlGaAs/GaAs, występując[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/10

» Lasery kaskadowe na zakres średniej podczerwieni

KAMIL KOSIEL

EMILIA PRUSZYŃSKA-KARBOWNIK

PIOTR KARBOWNIK

JUSTYNA KUBACKA-TRACZYK

ARTUR TRAJNEROWICZ

DOROTA PIERŚCIŃSKA

Lasery kaskadowe QCLs (ang. Quantum Cascade Lasers) to unipolarne przyrządy półprzewodnikowe, w których promieniste przejścia elektronów zachodzą w ramach układu wewnątrzpasmowych stanów kwantowych [1]. Warunkiem poprawnego działania takiej struktury jest jej precyzyjne zaprojektowanie i realizacja, dające po przyłożeniu właściwej zewnętrznej polaryzacji elektrycznej odpowiednie wartości prawdopodobieństwa przejść międzypodpasmowych oraz tunelowych. Obszar aktywny lasera kaskadowego ma budowę wielomodułową a każdy moduł składa się z wielu warstw epitaksjalnych. W ogólności w każdym z wielowarstwowych modułów QCL generowany jest np. trój- lub czteropoziomowy układ laserowy oraz zapewniona zostaje możliwość tunelowego przejścia elektronów do kolejnego modułu. Dzięki temu każdy z elektronów wstrzykniętych do obszaru aktywnego ma szansę uczestniczenia w serii wewnątrzpasmowych przejść promienistych. Możliwości emisyjne laserów kaskadowych obejmują szeroki zakres spektralny od podczerwieni średniej (MIR) do dalekiej (FIR). Zakres materiałów, z których można wykonywać heterostruktury laserów kaskadowych jest szeroki i w ramach półprzewodników A3B5 obejmuje m.in. układy AlGaAs/GaAs, InAlAs/InGaAs/ InP, Si/SiGe. Wytwarzanie ich jest możliwe wyłącznie w ramach zaawansowanych technologii, tj. epitaksji z wiązek molekularnych MBE (ang. Molecular Beam Epitaxy) oraz epitaksji z fazy gazowej, z zastosowaniem prekursorów metaloorganicznych MOVPE (ang. Metalorganic Vapour Phase Epitaxy). Szczególnie szeroki zakres emitowanego promieniowania podczerwonego (IR) pokrywają lasery wykonywane z AlGaAs/GaAs. Konstrukcję heterostruktury Al0,45Ga0,55As/GaAs, którą wykonuje się w ITE przedstawiono na rys. 1 [2]. Obszar aktywny tej heterostruktury zbudowany jest z 36 modułów. Każdy z nich składa się z emitera (3 sprzężone kwantowe studnie potencjału), w którym następuje generacja kwantów IR oraz iniektora (5 studni). Iniektor odbiera elektrony z emi[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/10

» Wpływ parametrów zasilania na parametry aplikacyjne laserów kaskadowych na zakres średniej podczerwieni

KAMIL KOSIEL

EMILIA PRUSZYŃSKA-KARBOWNIK

PIOTR KARBOWNIK

JUSTYNA KUBACKA-TRACZYK

ARTUR TRAJNEROWICZ

DOROTA PIERŚCIŃSKA

W obecnych czasach ważna stała się kontrola nad mechanizmem produkcyjnym oraz wpływem działalności człowieka na otaczające go środowisko. Z tego punktu widzenia istotną rolę odgrywają czujniki gazów analizujące uboczne produkty przemysłu lub ostrzegające przed ulatnianiem się szkodliwych substancji. Szczególne miejsce zajmują tutaj sensory na zakres średniej podczerwieni, ponieważ w obrębie tego zakresu energii znajduje się wiele przejść oscylacyjno-rotacyjnch cząstek. W wielu przypadkach w budowie takiego sensora liczy się kompaktowość. Dlatego też, lasery kaskadowe stanowią doskonałe źródło promieniowania podczerwonego wykorzystywanego w takich urządzeniach. Nadmienić należy także, że koherentne promieniowanie podczerwone jest podstawowym nośnikiem informacji w światłowodowych liniach telekomunikacyjnych. Lasery kaskadowe są wielowarstwowymi strukturami półprzewodnikowymi wykorzystującymi mechanizm przejść wewnątrzpasmowych [1, 2] zatem mamy do czynienia z jednym rodzajem nośników w odróżnieniu od konwencjonalnych laserów półprzewodnikowych, których działanie opiera się o przejścia międzypasmowe. Kolejną zaletą tego typu konstrukcji jest możliwość zaprojektowania struktury na daną długości fali światła niezależnie od rodzaju zastosowanego materiału. Głównymi parametrami przy projektowaniu lasera kaskadowego są szerokości studni kwantowych, wzajemne proporcje pierwiastków w związkach wchodzących w skład studni i barier oraz stopień domieszkowania. Inwersję obsadzeń oraz akcję laserową uzyskuje się przez przyłożenie odpowiedniego zewnętrznego pola elektrycznego i dostarczenie odpowiedniej ilości nośników prądu. Pompowanie elektryczne zapewnia niewielkie rozmiary całego przyrządu. 110 Elektronika 10/2010 W przypadku urządzeń zasilanych elektrycznie pożądana jest praca w modzie ciągłym CW (ang. Continuous Wave) w jak najwyższej temperaturze. Jednakże ze względu na dużą ilość ciepła wydzielanego w strukturach laserów kaskadow[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/10

» Montaż laserów kaskadowych na pasmo średniej podczerwieni

PIOTR KARBOWNIK

ANNA WÓJCIK-JEDLIŃSKA

MICHAŁ WASIAK

IRENA GRONOWSKA

Lasery kaskadowe to unipolarne źródła promieniowania emitujące fale z zakresu średniej i dalekiej podczerwieni [1, 2]. Przyrządy te wymagają stosunkowo wysokich napięć i gęstości prądu dla osiągnięcia akcji laserowej, co wiąże się z wydzielaniem dużej ilości ciepła. Na rys. 1. przedstawiona jest przykładowa charakterystyka prądowo-napięciowa lasera kaskadowego o konstrukcji przedstawionej w pracy [3]. W porównaniu do charakterystyk złączowych laserów półprzewodnikowych na bazie GaAs spadek napięcia w heterostrukturze lasera kaskadowego jest około pięciu razy większy. Dodatkowo prąd progowy laserów kaskadowych jest dużo większy niż klasycznych laserów złączowych na bazie GaAs. Na rys. 2. Przedstawiona jest zależność prądu progowego od temperatury pracy przyrządu przy dwóch różnych reżimach zasilania. Jednym z podstawowych wymagań dotyczących wytwarzania takich przyrządów półprzewodnikowych jest właściwy montaż struktur. Prawidłowo przeprowadzony montaż wpływa na zmniejszenie oporności termicznej oraz szeregowego oporu elektrycznego przyrządu, a w konsekwencji może poprawić stabilność i niezawodność laserów. Natomiast nieprawidłowo przeprowadzony montaż może prowadzić do pogorszenia parametrów lasera, a w skrajnym przypadku powodować trwałą degradację przyrządu. Montaż laserów kaskadowych składa się z dwóch zasadniczych etapów: montażu struktury półprzewodnikowej na metalowej chłodnicy (die bonding), po czym chłodnica staje się dolną elektrodą przyrządu oraz wykonania połączeń drutowych do górnej elektrody przyrządu (wire bonding). Montaż laserów kaskadowych na pasmo średniej podczerwieni mgr inż. PIOTR KARBOWNIK 1, mgr inż. ANNA BARAŃSKA1, dr ARTUR TRAJNEROWICZ 1, dr inż. ANNA SZERLING1, dr KAMIL KOSIEL1, dr inż. ANNA WÓJCIK-JEDLIŃSKA1, dr MICHAŁ WASIAK2, [...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/1

» Kwantowe lasery kaskadowe na zakres średniej podczerwieni

KAMIL KOSIEL

Emilia Pruszyńska -Karbownik

Piotr Karbownik

Iwona Sankowska

Justyna Kubacka -Traczyk

Anna Wójcik -Jedlińska

Lasery kaskadowe QCLs (ang. Quantum-Cascade Lasers) to półprzewodnikowe, unipolarne emitery promieniowania koherentnego, których zasada działania polega na wewnątrzpasmowych przejściach promienistych nośników oraz tunelowaniu przez wielobarierowy układ kwantowomechaniczny [1]. Warunkiem poprawnego działania tego typu przyrządu jest precyzyjne wykonanie heterostruktury epitaksjalnej, dające po przyłożeniu odpowiedniej zewnętrznej polaryzacji elektrycznej zaprojektowane wartości prawdopodobieństwa przejść wewnątrzpasmowych oraz tunelowych. Obszar aktywny lasera kaskadowego ma budowę wielowarstwową i wielomodułową. W ogólności, w każdym z modułów QCL generowany jest układ poziomów laserowych oraz możliwość tunelowego przejścia elektronów do kolejnego modułu. Dzięki temu każdy z elektronów wstrzykniętych do obszaru aktywnego ma szansę wzięcia udziału w serii wewnątrzpasmowych przejść promienistych. Spektrum emisyjne QCLs to szeroki zakres od średniej MIR (ang. Mid Infrared ) do dalekiej podczerwieni FIR (ang. Far Infrared ). Lasery kaskadowe są lub mogą być szeroko stosowane, np. w układach detekcji gazów (np. CO2, NO, CH4) [2], diagnostyce medycznej [3] oraz w monitorowaniu zanieczyszczeń środowiska [4]. Ścisłe wymogi precyzji dotyczą technologii heterostruktur epitaksjalnych w zakresie założonej konstrukcji i jej jednorodności w obszarze płytki epitaksjalnej oraz powtarzalności osadzania w serii procesów. Dla działania lasera krytyczna jest zgodność geometrii pasma przewodnict[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/10