Seminarium Fizyki Ciała Stałego

Lasery o emisji powierzchniowej z pionową wnęką tzw. lasery VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser) są szeroko stosowane jako źródła promieniowania w światłowodowych sieciach telekomunikacyjnych oraz w czujnikach rozpoznających kształty i gesty. Lasery typu VCSEL zdobyły przewagę nad innymi laserami półprzewodnikowymi w tych zastosowaniach ze względu na ich niski koszt produkcji, małe rozmiary i wysoką efektywność energetyczną. Obecnie wytwarzane lasery typu VCSEL posiadają rozmiary pionowe rzędu kilkudziesięciu mikrometrów, a ich budowa jest niezwykle skomplikowana. Składają się one z ponad stu warstw półprzewodnikowych, które tworzą: obszar czynny, obszary ograniczenia prądowego i ograniczenia modu optyczego oraz dwa zwierciadła o bardzo wysokich współczynnikach odbicia tzw DBR (distributed Bragg reflector). Aby lasery typu VCSEL mogły nadążyć za obecnym trendem polegającym na zmniejszaniu rozmiarów układów optoelektronicznych konieczne jest uproszczenie ich konstrukcji.Minimalna możliwa grubość wnęki optycznej wynosi połowę długości rezonującej w niej fali, co odpowiada grubości mniejszej niż 0.5 m. Największą część lasera VCSEL stanowią obecnie zwierciadła DBR. Jednak nie tylko ich grubość stanowi problem technologiczny. Zwierciadła DBR zawierają dziesiątki par warstw wykonanych z dwóch różnych materiałów półprzewodnikowych. Zwierciadła o tak skomplikowanej budowie mogą być wykonane w masowej produkcji jedynie z materiałów arsenkowych (arsenku galu, arsenku aluminium, arsenku indu oraz ich kombinacji), które to materiały mogą emitować promieniowanie w zakresie długości fal od 0.62 do 1.2 m.Monolityczne siatki podfalowe umożliwiają zastąpienie grubych zwierciadeł DBR. Tego typu siatki można uzyskać poprzez płytkie wytrawienie (od 0.1 do 0.3 m) dowolnego materiału półprzewodnikowego stosowanego w optoelektronice, a własności takiej siatki będą zbliżone do własności zwierciadeł DBR. Największa zaleta tego typu siatek wiąże się z tym, iż wykonanie siatki podfalowej wymaga zaledwie kilku procent materiału epitaksjalnego, który jest niezbędny do wytworzenia zwierciadła DBR. Prosta konstrukcja siatek umożliwia konstruowanie laserów VCSEL z niemal wszystkich materiałów umożliwiających świecenie, a zatem mogących emitować promieniowanie o niemal dowolnej długości fali od ultrafioletu do średniej podczerwieni.W trakcie seminarium zaprezentuję:- eksperymentalne i numeryczne wyniki badań naszej grupy demonstrujące możliwość uzyskania akcji laserowej w laserze VCSEL pozbawionym zwierciadła DBR,- wyniki symulacyjne pokazujące możliwość integracji monolitycznych siatek podfalowych z z metalami, które mogą stanowić jednocześnie zwierciadło jak i kontakt elektryczny w laserach VCSEL,- konstrukcję lasera VCSEL z kwantowo-kaskadowym obszarem czynnym będącym pierwszą konstrukcją umożliwiającą uzyskanie rezonansu w kierunku pionowym dzięki zastosowaniu monolitycznej siatki podfalowej.