Средства измерений оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур - Дипломная работа

Интенсивное развитие лазерных технологий привело к качественному прорыву в области полупроводниковых лазеров. Работы по физике двойных гетероструктур послужили мощным толчком для создания полупроводниковых лазеров на наногетероструктурах, а именно: на квантовых ямах и квантовых точках. В настоящее время в России метрологическое обеспечение измерений параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур развито недостаточно. Поэтому проблема обеспечения единства измерений полупроводниковых лазеров и создание единой измерительной системы параметров лазерного излучения остается весьма актуальной. Также нужно отметить, что рынок полупроводниковых лазеров очень велик и составляет порядка 90% от всего рынка лазеров. Целью работы является исследование методов и средств измерений оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур в интересах повышения их энергоэффективности. Что позволяет создавать лазеры с малым потреблением электрической энергии в сравнении с другими типами лазеров. Небольшие световые потери в активной области. В связи с этим необходимо разрабатывать метрологическое обеспечение полупроводниковых лазеров для контроля параметров расходимости. В рамках данной выпускной квалификационной работы была создана единая измерительная система, которая объединила в себе 3 различных средства измерений оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур и позволила измерять все необходимые характеристики одновременно. Экспериментальные исследования производились на установке созданной во ФГУП «ВНИИОФИ» в научно-исследовательском отделении лазерной метрологии и радиометрии (Ф-2). 1. Для электронов, перемещающихся по узкозонному полупроводнику и обладающих энергией меньше E2c , граница будет являться потенциальным барьером. Два гетероперехода ограничивают перемещение электрона с двух сторон и как бы создают потенциальную яму рис. 1. Рис. В лазерах, основанных на р-п переходе из одного материала (GaAs), есть ряд недостатков, часть из них связана с недостаточной определенностью активной области излучения света, размеры которой составляют несколько микрометров. Лазеры на двойных гетероструктурах, в которых обеспечивается и пространственная локализация носителей заряда и световых волн, намного опережают лазеры на гомопереходах по эффективности, а также имеют на порядок более низкое значение плотности порогового тока (~103 Асм-2). Они сделаны из чередующихся слоев с большим и маленьким значением коэффициента преломления (к примеру, слоев GaAs и AlGaAs) и имеют толщину в четверть длины волны. Но технология выращивания квантовых структур постоянно улучшается и эта область исследований все еще оставаться одной из наиболее интересных и перспективных. Благодаря чему выходная мощность одиночного диода невелика. В настоящее время она не превышает 10 Вт. Для повышения выходной мощности необходимо задействовать одновременно большое количество лазерных диодов, которые формируются в одномерные (линейки) или двумерные (матрицы) структуры. В оптической связи требуется источник лазерного излучения с длиной волны, которой соответствуют минимальные оптические потери в среде распространения, здесь основное внимание уделяется лазерным диодам (лазеры на квантовых точках), излучающим в диапазоне длин волн 1530-1565 нм. Накачка твердотельных лазеров - полупроводниковые инжекционные лазеры на основе AlGaAs-диодов, у них эффективность накачки более 80%, имеют спектральную ширину порядка 1 нм и мощность от 1-10 Вт. Уже в 1974 году во ВНИИМ им. Менделеева был разработан Государственный специальный эталон единицы длины для спектроскопии в диапазоне 0,186 - 30 мкм, который мог быть использован для определения длин волн одночастотных непрерывных лазеров. В основе эталона использован спектроинтерферометр на основе сканирующего эталона Фабри-Перо. В 80-е годы в НПО «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева» и НПО «ВНИИФТРИ» был создан единый эталон единиц времени, частоты и длины, включающий в себя Государственный первичный эталон (ГПЭ) единиц времени и частоты, ГПЭ единиц длины и аппаратуру согласования воспроизводимых единиц. Данные устройства позволяют измерять относительную нестабильность частоты излучения в диапазоне 10-7 - 10-11 при интервалах времени от 10-4 до 10 с. Во ФГУП ВНИИОФИ также был разработан государственный первичный эталон единицы средней мощности лазерного излучения ГЭТ 28, который в 2013 г. прошел модернизацию после чего в его состав были введены полупроводниковые лазеры на наногетероструктурах при длинах волн 0,912; 1,053 мкм. Помимо этого комплексы СИ, входящие в состав ГПЭ имеют широкие функциональные возможности, в частности, имеют возможность проведения калибровки по оптической и электрической энергии в любой точке внутри динамического диапазона и наращивания спектрального диапазона за счет агрегатирования конструкции собственно эталона и лазерных модулей. Таблица 1 - Основные параметры лазерного излучения № Обозн