Wyniki 1-8 spośród 8 dla zapytania: authorDesc:"Piotr GUTOWSKI"

Epitaksja struktur laserów kaskadowych DOI:10.15199/ELE-2014-188


  Kwantowe lasery kaskadowe to półprzewodnikowe unipolarne emitery w zakresie średniej podczerwieni. W tym zakresie długości fal najczęściej wykorzystywany jest układ materiałowy AlGaAs/ GaAs oraz InAlAs/InGaAs na podłożu InP. Pierwszy charakteryzuje się jedynie pracą impulsową w temperaturach pokojowych, natomiast drugi może osiągnąć pracę ciągłą w temperaturach przekraczających 400K [1]. Sprawia to, że tylko on realnie pozwala spełnić standardy wymagań stawianych kwantowym laserom kaskadowym w elektronice. Heterostruktury tych przyrządów wytwarzane są najczęściej za pomocą epitaksji z fazy gazowej MOVPE lub epitaksji z wiązek molekularnych MBE. Struktura epitaksjalna obszaru aktywnego składa się z kilkuset ultracienkich warstw o różnej grubości powtórzonych w sekwencji kaskad, natomiast struktura falowodowa, stanowiąca znaczną pod względem ilościowym część przyrządu, z warstw relatywnie grubych. Stwarza to trudności w wykonaniu tego przyrządu, gdyż należy liczyć się z doborem optymalnej prędkości wzrostu dla całej heterostruktury. Ustalenie wszystkich parametrów jest bardzo czasochłonne i trudne, a wymagania powtarzalności i precyzji stanowią duże wyzwanie technologiczne. Powoduje to wciąż ograniczenia w komercjalizacji tych przyrządów, która praktycznie sprowadza się do małoseryjnej produkcji laboratoryjnej. Zakres badań Celem prowadzonych badań było opanowanie technologii struktur laserów InAlAs/InGaAs dopasowanych sieciowo do podłoża z InP. W toku prowadzonych prac zostały przebadane cztery różne konstrukcje wykonania falowodu. W pierwszej konstrukcji górny falowód wykonany był z InAlAs, natomiast w roli dolnego falowodu wykorzystano niskodomieszkowane podłoże InP 2e17 cm-3. Zastosowanie podłoża jako dolnego falowodu uprościło i skróciło znacznie proces epitaksjalny, co stanowiło dobry punkt wyjścia do demonstracji pracy samego przyrządu i dalszego rozwoju technologii. Domieszkowanie zostało tak dobrane, aby ograniczyć a[...]

Charakterystyki progowe, wzmocnienie i własności optyczne laserów kaskadowych DOI:10.15199/ELE-2014-190


  Od momentu demonstracji kwantowego lasera kaskadowego (Quantum Cascade Lasers - QCLs) w 1994 r. przez grupę prof. Capasso z Bell Labs [1], przyrządy te przechodzą gwałtowny rozwój [2]. Lasery kaskadowe są obecnie bardzo szybko rozwijającą się grupą laserów półprzewodnikowych emitujących w zakresie średniej podczerwieni (3.5- 24[mikro]m) jak i w zakresie terahercowym (1.2- 4.9 THz). Warunkiem koniecznym do zwiększenia wydajności i niezawodności laserów kaskadowych w wyższych temperaturach pracy jest kompleksowa charakteryzacja, wyznaczenie charakterystyk progowych, wzmocnienia i własności optycznych laserów kaskadowych. Wzmocnienie i straty falowodowe są kluczowymi parametrami wpływającymi między innymi na wydajność laserów, są one także niezbędne w projektowaniu numerycznym przyrządów. Wyznaczenie tych parametrów jest istotne w optymalizacji projektu struktury/obszaru aktywnego kwantowego lasera kaskadowego pod kątem wydajności pracy i prądu progowego. Jednocześnie, określenie właściwej równowagi pomiędzy stratami falowodowymi i opornością elektryczną struktury jest ważne dla wydajnej pracy przyrządu. Praca ta przedstawia wyniki analizy elektrooptycznej kwantowych laserów kaskadowych zaprojektowanych na pasmo emisji 9-10 [mikro]m, projektowanych i wytwarzanych w Instytucie Technologii Elektronowej w Warszawie [3-7]. Charakteryzacja elektrooptyczna laserów kaskadowych Charakteryzacja elektrooptyczna zmontowanych laserów kaskadowych obejmuje pomiary charakterystyk LIV (moc optyczna w funkcji prądu, charakterystyki prądowo napięciowe) oraz charakterystyk spektralnych. Pomiary te pozwalają wyznaczyć m.in. prąd progowy (Jth), który przy wykorzystaniu metody "1/L" (pomiar prądu progowego kilku przyrządów o różnych długościach rezonatora) pozwala na wyznaczenie współczynnika wzmocnienia (gΓ) i strat falowodowych laserów [...]

Analiza rozkładu przestrzennego promieniowania generowanego przez lasery kaskadowe w paśmie średniej podczerwieni DOI:10.15199/ELE-2014-191


  Prace nad laserami kaskadowymi emitującymi w średniej podczerwieni są prowadzone na świecie od dwudziestu lat. W tym czasie uzyskano struktury pracujące zarówno w reżimie impulsowym jak i ciągłym. Lasery zostały zoptymalizowane tak, aby emitowały jak największą moc oraz aby pracowały w wysokich temperaturach i dzięki temu mogą być już stosowane w układach do detekcji śladowych ilości gazów lub do komunikacji w wolnej przestrzeni. Następnym koniecznym etapem rozwoju tych konstrukcji są badania nad uzyskaniem przestrajalnych laserów jednomodowych o wiązce dobrej jakości, których zastosowanie poprawiłoby sprawność końcowych urządzeń. Niezbędny jest zatem dokładny pomiar parametrów wiązki dla różnych konstrukcji. Wiązka emitowana przez lasery kaskadowe charakteryzuje się dużą rozbieżnością w obu prostopadłych osiach, rzędu kilkudziesięciu stopni [1]. Fakt ten w połączeniu z wysoką ceną detektorów z zakresu średniej podczerwieni powoduje, że zastosowanie macierzy takich detektorów do badania wiązki laserowej jest nieekonomiczne [2]. W konsekwencji na rynku brak jest komercyjnych układów pozwalających na taki pomiar. Lasery kaskadowe W pracy przedstawione są wyniki pomiarów pola dalekiego wykonane dla laserów kaskadowych wykonanych metodą epitaksji z wiązek molekularnych (MBE). Obszar czynny każdego z laserów zawiera 30 okresów kaskady składających się z następujących po sobie naprzemiennie warstw In0,53Ga0,47As i In0,52Al0,48As, dopasowanych sieciowo do podłoża z fosforku indu [3]. Lasery o tej strukturze epitaksjalnej emitują promieniowanie o [...]

Analiza falowodów ze związków InGaAs, InAlAs i InP dla laserów kaskadowych emitujących w zakresie średniej podczerwieni DOI:10.15199/13.2016.9.5


  W pracy przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych falowodów laserów kaskadowych emitujących promieniowanie o długości fali ok. 5 μm. Rozważano niesymetryczne falowody zawierające podłoże z InP oraz warstwy InGaAs i InAlAs dopasowane sieciowo do InP projektowane do wytworzenia poprzez wzrost epitaksjalny przy wykorzystaniu wyłącznie epitaksji z wiązek molekularnych (MBE). Wyznaczono teoretyczne wartości współczynnika przekrycia pola elektrycznego i obszaru czynnego oraz strat modów poprzecznych dla różnych grubości poszczególnych warstw falowodowych oraz ilości periodów obszaru czynnego. Uzyskane wyniki obliczeń zostały zweryfikowane dla jednej z rozważanych konstrukcji falowodu poprzez porównanie wyznaczonego teoretycznego rozkładu promieniowania w polu dalekim z rozkładem wyznaczonym eksperymentalnie przy użyciu szerokokątnego profilometru goniometrycznego. Względna różnica pomiędzy szerokościami połówkowymi rozkładów teoretycznego i doświadczalnego wyniosła 3,5%. Słowa kluczowe: lasery kaskadowe, falowód, InGaAs, InAlAs, InP.Lasery kaskadowe są unipolarnymi laserami półprzewodnikowymi, w których emisja promieniowania oparta jest na przejściach wewnątrzpasmowych [1]. Lasery te są obiecującym źródłem promieniowania z obszaru od średniej podczerwieni do teraherców. W niniejszej pracy skoncentrowano się na laserach kaskadowych emitujących falę o długości ok. 5 μm. Jest to obszar spektrum ważny z punktu widzenia potencjalnych zastosowań, ponieważ znajdują się w nim linie absorpcyjne tlenków węgla i azotu. Lasery kaskadowe są wykorzystywane w układach do wykrywania śladowych ilości tych gazów dla celów medycznych [2, 3], wojskowych [4] oraz dla monitoringu i ochrony środowiska [5]. Przy projektowaniu laserów kaskadowych należy wziąć pod uwagę wiele czynników: rozkłady funkcji falowych i poziomy energetyczne w studniach kwantowych obszaru czynnego, przepływ prądu przez strukturę laserową oraz sposób odprowadzania ciepła.[...]

Analiza właściwości laserów kaskadowych pod kątem zastosowań w systemach łączności w otwartej przestrzeni DOI:10.15199/48.2018.09.01

Czytaj za darmo! »

Zasadniczym celem pracy jest identyfikacja praktycznych możliwości zastosowania laserów kaskadowych na potrzeby hybrydowego systemu łączności w otwartej przestrzeni (FSO, z ang. free space optical communication), bazującego na dwóch kanałach transmisji: optycznym oraz radiowym. Dodatkowo wskazane zostaną kierunki rozwoju technologii pod kątem ich zastosowania w laserowej łączności bezprzewodowej. Rysunek 1 pokazuje transmisję atmosfery. Widoczne są okna transmisyjne, czyli zakresy widma, w których występuje niska tłumienność promieniowania. Rys.1. Transmisja atmosfery w szerokim zakresie długości fal. Widoczne okna transmisyjne w zakresie widzialnym jak i w zakresie podczerwieni ok. 10 mikrometrów. Kolejne okna transmisyjne znajdują się w zakresie pokrywanym przez radary (mikrofale). [1] Wykorzystywane są okna w zakresie widzialnym i w bliskiej podczerwieni. Niniejsza praca dotyczy wykorzystania okna transmisyjnego znajdującego się w górnym zakresie średniej podczerwieni: ok 10 mikrometrów, gdzie tłumienność atmosfery jest niższa. W trudnych warunkach pogodowych transmisja w tym zakresie widma będzie mniej narażona na ograniczenie przepustowości bądź dostępności w porównaniu z transmisją w innych oknach. Stan wiedzy w dziedzinie kwantowych laserów kaskadowych jako źródeł promieniowania w zakresie średniej podczerwieni. Koncepcja lasera kaskadowego bazuje na teoretycznym artykule opublikowanym w 1971r. przez Kazarinova i Surisa [2], gdzie zaproponowano możliwość uzyskania wzmocnienia dla przejść wewnątrzpasmowych w strukturze supersieci. Pierwszy działający laser kaskadowy pracujący impulsowo w temperaturze został zademonstrowany w 1994r. przez grupę Federico Capasso [3] z Bell Labs (USA). W następnych latach w kilku znakomitych ośrodkach badawczych rozwijano ideę laserów kaskadowych. Obecnie stały się one obiecującym i wszechstronnym źródłem laserowym w zakresie podczerwieni o licznych zastosowaniach. Fizyka przejść [...]

Technologia epitaksji z wiązek molekularnych struktur laserów kaskadowych InAlAs/InGaAs/InP na pasmo średniej podczerwieni DOI:10.15199/13.2016.9.3


  Prezentowana praca zawiera opis opracowania i optymalizacji technologii wzrostu heterostruktur kwantowych laserów kaskadowych emitujących promieniowanie z zakresu 9÷10 μm wykonanych w oparciu o układ materiałowy In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As oraz z zakresu 4÷5,5 μm bazujących na naprężonym skompensowanym obszarze aktywnym z In0.36Al0.64As/In0.68Ga0.32As. Do wzrostu heterostruktur półprzewodnikowych wykorzystano technikę epitaksji z wiązek molekularnych (MBE). Dzięki tej metodzie wytworzono pełne struktury przyrządowe jak również obszary aktywne, przeznaczone do wzrostu falowodów z InP metodą epitaksji z fazy gazowej ze związków metalo-organicznych MOVPE. Przeprowadzono charakteryzację heterostruktur oraz przeprowadzono dyskusję stabilność i powtarzalność wykonanych procesów epitaksjalnych. Pomiary charakterystyk elektrooptycznych kwantowych laserów kaskadowych wykazały pracę impulsową w temperaturach powyżej 300K, co umożliwia zastosowanie ich w układach do detekcji śladowej ilości substancji gazowych. Słowa kluczowe: Epitaksja z wiązek molekularnych, MBE, Kwantowe lasery kaskadowe, QCL, InGaAs, InAlAs.Zakres średniej podczerwieni stanowi interesujący obszar badawczy dla spektroskopii śladowej ilości substancji gazowych. Stwarza to szerokie możliwości aplikacyjne w takich dziedzinach jak medycyna, ochrona środowiska, bezpieczeństwo publiczne lub aplikacje militarne. Układy detekcyjne charakteryzują się bardzo dużą czułością, typowo na poziomie ppb (part per bilion), co pozwala zarejestrować jedną cząstkę na miliard. Wiele związków takich jak NO, NO2, CO i CO2 posiada specyficzne linie absorpcyjne o największej intensywności w zakresie 4÷5,5 μm [1]. Daje to możliwość diagnozy chorób takich jak astma czy zawał mięśnia serca, poprzez detekcję niewielkiej zmiany proporcji tych związków w wydychanym powietrzu. W zakresie 9÷10 μm NH3 (amoniak) posiada silną linię absorpcyjną [2], co może być wykorzystane w badani[...]

Kwantowe lasery kaskadowe na zakres średniej podczerwieni


  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[...]

Stan badań nad laserami kaskadowymi na zakres średniej podczerwieni w ITE DOI:10.15199/48.2018.08.10

Czytaj za darmo! »

Prace nad laserowymi źródłąmi średniej podczerwieni prowadzone są w ITE od ponad 10-ciu lat. Dotyczą one nowej generacji laserów półprzewodnikowych, których działanie opiera się na wykorzystaniu specyficznych zjawisk fizycznych zachodzących w nanostrukturach, tzw. kwantowych laserów kaskadowych. Są to prace pionierskie w skali kraju, nawiązujące do aktualnych trendów nauki światowej. W tym czasie opracowano technologię i wytworzono serie prototypowe kilku typów laserów z zakresu średniej podczerwieni. Lasery wytwarzane w ITE wykorzystują heterostruktury GaAs/AlGaAs i AlInAs/InGaAs/InP; te ostatnie zarówno dopasowane sieciowo jak i z kompensacją naprężeń. Opracowano lasery emitujące w pasmie 4.5-5.5 m i 9.0-10.0 m. Wszystkie wytwarzane lasery pracują impulsowo w temperaturze pokojowej; niektóre typy laserów pracują na fali ciągłej. Podstawową technologią stosowaną do wytwarzania struktur jest epitaksja z wiązek molekularnych MBE i hybrydowa technologia MBE + MOVPE. Lasery kaskadowe średniej podczerwieni Kwantowe lasery kaskadowe stanowią nową klasę unipolarnych laserów półprzewodnikowych, których działanie oparte jest na przejściach wewnątrzpasmowych. W odróżnieniu od klasycznych laserów półprzewodnikowych, wykorzystujących przejścia międzypasmowe, długość fali emitowanego przez nie promieniowania praktycznie nie zależy od materiału z którego są wykonane a jedynie od geometrii jam kwantowych stanowiących ich obszar czynny. Zasada działania lasera kaskadowego przedstawiona jest na rys.1. Rys.1 Przejścia międzypasmowe w jamie kwantowej (a), przejścia wewnątrzpasmowe w jamie kwantowej (b). Pozwala to na pokrycie szerokiego spektrum, długości fal od średniej do dalekiej podczerwieni za pomocą struktur wytwarzanych na bazie GaAs i InP, materiałów, których technologia jest doskonale opanowana. Kaskadowa natura generacji promieniowania umożliwia powielanie fotonów i uzyskiwanie mocy przekraczających te, które ge[...]

 Strona 1