Wyniki 1-10 spośród 25 dla zapytania: authorDesc:"Maciej BUGAJSKI"

Zaawansowane technologie dla półprzewodnikowej optoelektroniki podczerwieni - Projekt Badawczy Zamawiany

Czytaj za darmo! »

Optoelektronika należy do najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin techniki w Europie i na świecie. Na podstawie badań rynkowych stwierdzono, że firmy europejskie działające w tym sektorze wytworzyły w 2007 r. zaawansowane technologicznie produkty wartości ponad 200 mld Euro i zatrudniały ponad milion pracowników. Znaczący, gwałtownie rosnący w ostatnich latach udział w tym rynku ma optoelektronika podczerwieni.Wyniki prac badawczych i rozwojowych oraz innowacje w dziedzinie optoelektroniki podczerwieni wspomagają ważne rynkowe dziedziny techniki: łączność, komunikację, zdalny monitoring i przesyłanie danych, produkcję przemysłową z wykorzystaniem urządzeń laserowych ochronę zdrowia, bezpieczeństwo i ochronę środowiska. Rezultaty tych prac w zasadniczy sposób decyduj[...]

Kwantowe lasery kaskadowe - 20 lat historii i stan obecny DOI:10.15199/ELE-2014-185


  4 stycznia 2014 r. obchodziliśmy 20. rocznicę zademonstrowania nowego typu lasera półprzewodnikowego - kwantowego lasera kaskadowego. Osiągniecie to ogłoszono w pracy opublikowanej 22 kwietnia 1994 r. w Science [1]. Przyniosła ona natychmiastowy rozgłos swoim sześciu autorom, którymi byli: Jerome Faist, Federico Capasso, Deborah Sivco, Carlo Sirtori, Albert Hutchinson i Alfred Cho z Bell Labs w Holmdel NJ. Praca ta zapoczątkowała intensywne badania nad tymi przyrządami w wielu laboratoriach w Europie, Ameryce i Azji. W kolejnych latach lasery kaskadowe zrewolucjonizowały fotonikę podczerwieni, stając się niezastąpionym źródłem światła spójnego w metrologii i spektroskopii molekularnej. 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. 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 pozwala na powielanie fotonów i potencjalnie umożliwia uzyskiwanie mocy przekraczających te, które generowane są w laserach bipolarnych. Z kolei obecność tylko jednego rodzaju nośników (elektronów) eliminuje większość niekorzystnych procesów rekombinacji niepromienistej. Listę zalet laserów kaskadowych zamyka ich subpikosekundowa szybkość działania wynikająca z ultraszybkiej dynamiki przejść wewnątrzpasmowych. Lasery kaskadowe są idealnym źródłem promieniowania w układach detekcji zanieczyszczeń gazowych i systemach t[...]

Obliczanie współczynnika absorbcji supersieci InAs/GaSb DOI:10.15199/ELE-2014-197


  Supersieci II-rodzaju InAs/GaSb są strukturami półprzewodnikowymi o bardzo obiecujących właściwościach, znajdującymi zastosowanie w detektorach na zakres średniej oraz dalekiej podczerwieni (MWIR oraz LWIR) jak również w przyrządach emitujących promieniowanie podczerwone, takich jak diody laserowe i kwantowe lasery kaskadowe (ICL). W periodycznych strukturach InAs/ GaSb obserwowany jest charakterystyczny układ pasm przewodnictwa oraz walencyjnego (rys. 1), który z jednej strony powoduje przestrzenną separację elektronów oraz dziur odpowiednio w obszarze InAs oraz GaSb (co zmniejsza przekrywanie się ich funkcji falowych i w pewnym stopniu pogarsza właściwości optoelektroniczne struktury), z drugiej jednak strony daje możliwość projektowania struktur do detekcji (emisji) promieniowania z szerokiego zakresu długości fal. Właściwości optoelektroniczne supersieci InAs/GaSb zależą od (a) grubości warstw składowych (InAs i GaSb), (b) powierzchni międzyfazowych na ich styku (w szczególności od rodzaju, grubości tych powierzchni i wynikających z nich naprężeń, a także (c) od czynników zewnętrznych, wśród których do najważniejszych zalicza się temperatura. Warto podkreślić, że zaletą przyrządów wykonanych na bazie supersieci InAs/GaSb jest możliwość pracy w temperaturze pokojowej. Zdolność absorbcji promieniowania podczerwonego przez daną strukturę jest opisywana za pomocą współczynnika absorpcji α. Wyznaczenie jego wartości wymaga znajomości struktury pasmowej supersieci, jak również funkcji falowych elektronów oraz dziur w poszczególnych podpasmach energetycznych struktury. Metoda Współczynnik absorpcji (promieniowania) supersieci InAs/GaSb jest opisany zależnością [2]: (1) gdzie: ε0 jest przenikalnością elektryczną próżni, c prędkością światła, m0 masą spoczynkową elektronu. Pozostałe wielkości we wzorze opisują: współczynnik załamania n, częstość kołową promieniowania padającego na strukturę ω oraz objętość rozwa[...]

Model numeryczny lasera QCL oparty na formalizmie nierównowagowych funkcji Greena


  Jednym ze sposobów modelowania przyrządów nanoelektronicznych jest metoda nierównowagowych funkcji Greena (NEGF) [1, 2]. Metodę tę i szczegóły jej stosowania w odniesieniu do nanostruktur warstwowych opisano m.in. w pracach [1-5]. W tym przypadku równania formalizmu NEGF oraz Poissona rozwiązywane są w przestrzeni 1D z uwzględnieniem wektora pędu k|| w płaszczyźnie równoległej do warstw struktury. W szczególności w/w równania rozwiązywane są w przestrzeni rzeczywistej, w kierunku z, prostopadłym do warstw heterostruktury, w którym odbywa się transport ładunku. Metoda umożliwia wyznaczenie m.in. pędowo-energetyczno-przestrzennych rozkładów funkcji gęstości stanów N, gęstości elektronów n, gęstości prądu J oraz współczynnika absorpcji α. Wielkości te można wyznaczać z uwzględnieniem różnego rodzaju rozproszeń elastycznych i nieelastycznych zachodzących w strukturze, które w formalizmie uwzględnia się za pomocą tzw. energii własnych (ΣR,<). W pracy opisano wyniki symulacji struktury kwantowego lasera kaskadowego (QCL) emitującego promieniowanie w zakresie średniej podczerwieni (mIR). Struktura takiego przyrządu zawiera kilkadziesiąt identycznych modułów (okresów), które w warunkach polaryzacji tworzą układ kaskady. Z oczywistych względów obliczenia prowadzi się dla pojedynczego okresu, a "oddziaływanie" z sąsiednimi modułami jest imitowane przez odpowiednie warunki brzegowe. Z uwagi na okresowość całej struktury warunki te mają cechy periodycznych warunków brzegowych z uwzględnieniem "przesunięcia" w dziedzinie energii E o wartość ±eU wynikającą z napięcia elektrycznego (U ) na pojedynczym okresie lasera. W pracy [5] opisano szczegółowo warunki brzegowe stosowane w użytym symulatorze. Ich cechą charakterystyczną jest nierównowagowy rozkład elektronów zasilających/ opuszczających pojedynczy moduł lasera wyznaczony w sposób samo-uzgodniony, spełniający wspomniany wyżej warunek okresowości. Obliczenia prowadzone są [...]

Kwantowe lasery kaskadowe - podstawy fizyczne

Czytaj za darmo! »

Lasery kaskadowe zdecydowanie różnią się od pozostałych konstrukcji laserów półprzewodnikowych, w których fotony generowane są w wyniku międzypasmowej rekombinacji elektronów i dziur. Lasery kaskadowe wykorzystują przejścia wewnątrzpasmowe z udziałem tylko jednego rodzaju nośników, są więc - w odróżnieniu od klasycznych bipolarnych laserów - przyrządami unipolarnymi. Porównanie przejść wewnątrz oraz międzypasmowych przedstawione jest na rys. 1. Unipolarność jest konsekwencją rodzajów przejść, gdzie nośnik opada na niższy poziom energetyczny wewnątrz tego samego pasma. W paśmie przewodnictwa tymi nośnikami są elektrony, a w paśmie walencyjnym - dziury.Wzmocnienie dla takich przejść przypomina kształtem wzmocnienie dla przejść energetycznych w atomach. Osiągnięcie inwersji obsad[...]

Lasery kaskadowe z AlGaAs/GaAs na pasmo średniej podczerwieni (~9 µm)

Czytaj za darmo! »

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[...]

Struktura pasmowa i optyczne właściwości supersieci InAs/GaSb

Czytaj za darmo! »

Supersieci InAs/GaSb są strukturami, w których dolna granica pasma przewodnictwa w obszarze InAs znajduje się poniżej górnej granicy pasma walencyjnego w obszarze GaSb. Takie charakterystyczne ułożenie pasm energetycznych sprawia, że struktury tego rodzaju mogą być wykorzystane do detekcji promieniowania podczerwonego w szerokim zakresie długości fal (2…30 μm). Krawędź absorpcji konkretnego układu materiałów jest uzależniona od grubości warstw, które tworzą strukturę supersieci. W pracy [2] pokazano relację pomiędzy krawędzią absorpcji oraz grubością warstw InAs, przy stałej grubości warstw GaSb. Wyznaczona zależność ułatwia dobór geometrycznych parametrów supersieci, przeznaczonych do detekcji promieniowania, o konkretnej długości fali. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 20 40 60 80 100 u [V] i [μA] iB = 0 iB = 0,2 μA Struktury supersieci InAs/GaSb otrzymane zostały za pomocą epitaksji z wiązek molekularnych (MBE). Parametry technologiczne decydujące o jakości struktur utrzymywane były z dokładnością ±0,5% w trakcie procesów epitaksji. Umożliwia to wzrost supersieci o poprawnej strukturze krystalicznej i dobrze zdefiniowanych obszarach międzyfazowych. Supersieci [...]

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


  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[...]

Fotoluminescencyjne badania wpływu temperatury na własności emisyjne periodycznych nanostruktur fotonicznych DOI:10.15199/ELE-2014-196


  Półprzewodniki są podstawowymi materiałami współczesnej fotoniki. Heterostruktury półprzewodnikowe, w szczególności struktury niskowymiarowe, takie jak studnie, druty, kropki kwantowe, a także supersieci są obecnie szeroko stosowane jako obszar aktywny źródeł promieniowania spójnego, detektorów czy modulatorów optycznych. Istotny postęp w tej dziedzinie nastąpił dzięki rozwojowi technik wzrostu epitaksjalnego: epitaksji z wiązek molekularnych - MBE, czy epitaksji z fazy gazowej związków metaloorganicznych - MOCVD. Techniki te umożliwiły wytwarzanie bardzo zaawansowanych, wielowarstwowych układów materiałowych, na bazie których można konstruować przyrządy o większej wydajności, a co za tym idzie szerszym zakresie zastosowań. Wysokowydajne i niezawodne przyrządy fotoniczne powinny być tak zaprojektowane i wykonane, by do minimum ograniczyć niekorzystny wpływ elementów konstrukcyjnych na parametry ich pracy. Jednym z najczęstszych problemów technologicznych jest wzrost temperatury struktury epitaksjalnej w trakcie pracy przyrządu [1, 2]. Ciepło wygenerowane w obszarze czynnym struktury może prowadzić do zmian parametrów optycznych i elektrycznych przyrządu, a także przyczyniać się do jego szybszej degradacji. Opracowanie poprawnego projektu wymaga zatem szerokiej wiedzy o zjawiskach cieplnych zachodzących w strukturze oraz uwzględnienia związanych z nimi parametrów temperaturowych materiału. Z tego względu w ostatnich latach kładzie się duży nacisk na rozwój technik badawczych oraz modeli teoretycznych opisujących zależności temperaturowe i transport ciepła w nanostrukturach [3-8]. Niniejsza praca przedstawia metodologię oraz wyniki badań eksperymentalnych wpływu temperatury na własności optyczne supersieci AlGaAs/GaAs przy wykorzystaniu wysokorozdzielczej spektroskopii fotoluminescencyjnej (PL). Metoda i układ pomiarowy Zjawisko foto[...]

Selekcja modowa w laserach kaskadowych ze sprzężonymi wnękami rezonansowymi DOI:

Czytaj za darmo! »

W niniejszej pracy przeprowadzono analizę numeryczną lasera kaskadowego ze sprzężonymi wnękami rezonansowymi. Zaobserwowano, iż właściwe dobranie niezależnych prądów zasilających obie wnęki rezonansowe umożliwia uzyskanie emisji jednomodowej. Abstract. In this paper numerically investigate the evolution of the mode spectrum of the two coupled Fabry-Perot cavities, controlled by the driving currents of both sections leading to single mode operation. Theoretical analysis showed that most efficient single mode operation takes place in the case of relatively close current densities in both sections of the coupled-cavity quantum cascade laser which assures the overlap of the gain spectra. (Longitudinal modes selection in coupled-cavity quantum cascade lasers). Słowa kluczowe: lasery półprzewodnikowe, lasery kaskadowe, sprzężone wnęki rezonansowe. Keywords: numerical simulations, quantum cascade laser (QCL), coupled-cavity laser. Wprowadzenie Kaskadowe lasery półprzewodnikowe [1] emitujące promieniowanie o długościach fali z szerokiego zakresu podczerwieni (od kilku do kilkuset mikrometrów) posiadają ogromny potencjał aplikacyjny, przede wszystkim w spektroskopii oraz w telekomunikacji w wolnej przestrzeni. Oba te zastosowania wymagają bardzo wąskiej charakterystyki[...]

 Strona 1  Następna strona »