Wyniki 1-10 spośród 18 dla zapytania: authorDesc:"Robert P. SARZAŁA"

Lasery półprzewodnikowe DOI:10.15199/48.2015.09.38

Czytaj za darmo! »

W artykule przedstawiono sprzężone zjawiska fizyczne, tj. wzajemnie powiązane procesy optyczne, elektryczne i cieplne, a niekiedy również mechaniczne, decydujące o działaniu laserów półprzewodnikowych różnych typów. Szczególnie dokładnie opisano struktury i własności półprzewodnikowych laserów o emisji krawędziowej (laserów EEL), głównie laserów paskowych. Przytoczono również opis głównych konstrukcji i najlepszych osiągnięć laserów o emisji powierzchniowej (laserów VCSEL). Ponadto opisano procesy odpowiedzialne za degradację tych przyrządów. Abstract. The paper presents coupled physical phenomena, i.e. interrelated optical, electrical, thermal and sometimes also mechanical processes crucial for an operation of various types of semiconductor lasers. Structures and properties of edge-emitting semiconductor lasers (EELs) are described scrupulously, stripe-geometry lasers in particular. Some details concerning operation and properties of the best vertical-cavity surfaceemitting lasers (VCSELs) are also given. Besides, processes responsible for laser degradation are characterized. (Semiconductor lasers). Słowa kluczowe: fizyka laserów półprzewodnikowych, konstrukcje laserów półprzewodnikowych, cechy szczególne laserów półprzewodnikowych o różnych strukturach. Keywords: physics of semiconductor lasers, constructions of semiconductor lasers, special features of various semiconductor lasers. Wprowadzenie Lasery półprzewodnikowe są to źródła monochromatycznego i skolimowanego promieniowania spójnego, w których funkcję ośrodka czynnego pełni półprzewodnik. Obok diod elektroluminescencyjnych stanowią one drugą ważną grupę półprzewodnikowych emiterów promieniowania używanych w układach optoelektronicznych. Niewielkie rozmiary laserów półprzewodnikowy[...]

Dwufalowy półprzewodnikowy laser dyskowy do generacji promieniowania z zakresu średniej podczerwieni DOI:10.15199/13.2016.9.9


  W pracy dokonano numerycznej analizy możliwości zaprojektowania nowego źródła promieniowania laserowego o długości fali z zakresu średniej podczerwieni (3-5 μm). Idea polega na wykorzystaniu optycznie pompowanego półprzewodnikowego lasera dyskowego emitującego promieniowanie o dwóch długościach fali i techniki generacji częstotliwości różnicowej. Przyrząd ten ma w zamierzeniu stanowić alternatywę dla obecnych bezpośrednich i pośrednich źródeł promieniowania laserowego ze wspomnianego zakresu spektralnego, które ze względu na swoje ograniczenia często nie spełniają oczekiwań komercyjnego odbiorcy. Słowa kluczowe: VECSEL, DW-VECSEL, SDL, DW-SDL, dwufalowy półprzewodnikowy laser dyskowy, średnia podczerwień, generacja częstotliwości różnicowej, symulacja, modelowanie.Rozwój źródeł promieniowania z zakresu średniej podczerwieni jest niezwykle istotny z punktu widzenia takich zastosowań jak: bezprzewodowa komunikacja w wolnej przestrzeni, diagnostyka medyczna, spektroskopia laserowa czy monitorowanie środowiska i detekcja gazów np. CO, CO2, NO, CH4. Do tej pory udało się zaprezentować szereg różnych przyrządów umożliwiających bezpośrednią generację promieniowania w tym zakresie spektralnym, wykorzystując w tym celu lasery półprzewodnikowe: o emisji krawędziowej, o emisji powierzchniowej z pionową wnęką rezonansową typu VCSEL i lasery kaskadowe, a także lasery chemiczne, gazowe i oparte na związkach ołowiu. Mimo że część z tych przyrządów jest dostępna komercyjnie, to ze względu na różne swoje ograniczenia, takie jak np. duża objętość, konieczność chłodzenia na poziomie kriogenicznym, mała moc optyczna, niska jakość wiązki czy słaba przestrajalność, często nie spełniają one oczekiwań potencjalnego odbiorcy. Ciekawą alternatywę dla źródeł laserowych generujących bezpośrednio promieniowanie z zakresu średniej podczerwieni stanowią przyrządy wykorzystujące do tego celu jeden z procesów optyki nieliniowej, a konkretnie: generację [...]

Wpływ niedokładności wykonania wybranych elementów azotkowego lasera VCSEL na jego charakterystyki emisyjne DOI:10.15199/48.2019.09.26

Czytaj za darmo! »

Wytwarzanie półprzewodnikowych laserów typu VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser), których obszary czynne zbudowane są z materiałów InGaN/GaN nastręcza wiele trudności. Podstawowym problemem jest niedopasowanie sieciowe materiałów binarnych AlN, GaN i InN, co praktycznie uniemożliwia wytwarzanie efektywnych zwierciadeł DBR (distributed Bragg reflector). Innym problemem jest słaba przewodność elektryczna materiału p- GaN. Niemniej jednak lasery VCSEL posiadają wiele zalet w stosunku do tradycyjnych laserów o emisji krawędziowej, co może potwierdzić znakomity sukces komercyjny laserów VCSEL emitujących promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni. Do podstawowych zalet tych przyrządów można zaliczyć: ich niewielkie rozmiary obszaru czynnego, niewielkie prądy progowe, małe moce zasilania, stosunkowo dobre parametry emitowanej wiązki, niską cenę przy masowej produkcji oraz łatwość wytwarzania na ich bazie dwuwymiarowych matryc laserowych. Uzyskanie efektywnie działających laserów VCSEL emitujących w zakresie światła widzialnego stało się więc priorytetem wielu ośrodków badawczych. Wydaje się, że materiały azotkowe takie jak GaN, AlGaN i InGaN najlepiej nadają się obecnie do konstrukcji takich przyrządów. Pierwsze azotkowe lasery VCSEL zasilane elektrycznie oraz działające w temperaturze pokojowej (RT - room temperature) i z falą ciągłą (CW - continuous wave) powstały dopiero w 2008 roku [1, 2], czyli kilkanaście lat po powstaniu azotkowych laserów krawędziowych. Cechowały się one bardzo słabymi parametrami pracy lub ulegały szybkiej degradacji. Zdecydowany postęp w tej dziedzinie nastąpił w ostatnich dwóch latach. Najlepsze rezultaty otrzymali naukowcy z Faculty of Science and Technology z Meijo University w Japonii oraz współpracująca z nimi firma R&D Laboratories, Stanley Electric Co. [3]. Moc optyczna zaprezentowanych przez nich przyrządów pracujących w warunkach CW RT sięgała 15.7 mW, a napięcie progowe, prąd [...]

Mody laserów złączowych z poprzecznym rezonatorem (typu VCSEL)

Czytaj za darmo! »

Prawie we wszystkich zastosowaniach laserów złączowych z poprzecznym rezonatorem typu VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Diode Laser), niezbędna jest jego stabilna praca na pojedynczym modzie podstawowym LP01. Dzieje się tak wówczas, gdy laser wykazuje dobrą selektywność modową, tj. progi akcji laserowej wszystkich innych modów są znacząco wyższe od analogicznego progu modu podstawowego. Jednakże okazuje się, że warunek ten jest spełniony tylko w przypadku małych średnic laserowego obszaru czynnego, tj. stosunkowo niskich mocy emitowanej przez laser wiązki promieniowania. W niniejszej pracy zajmiemy się analizą przyczyn takiego stanu. Model Do opisu działania lasera VCSEL zastosowaliśmy nasz dokładny model [1], przygotowany zgodnie z zasadami sformułowanymi w [2], a skł[...]

Właściwości cieplne wybranych konstrukcji laserów kaskadowych

Czytaj za darmo! »

Lasery kaskadowe są ważnymi (a w często jedynymi) półprzewodnikowymi źródłami promieniowania z zakresu średniej i dalekiej podczerwieni. Ich zasada działania, zasadniczo odmienna niż w przypadku laserów złączowych, pozwala projektować, w dość dużym stopniu niezależnie od użytych materiałów, struktury przystosowane do emisji bardzo różnych długości fal. Obszar czynny laserów kaskadowych musi być silne spolaryzowany, co powoduje, że moce wydzielającego się ciepła są duże. Z tego powodu optymalizacja struktury pod kątem odprowadzania ciepła jest jednym z kluczowych zagadnień, zwłaszcza jeśli celem jest uzyskanie ciągłej akcji laserowej. Struktura kwantowa obszaru czynnego Obszar czynny lasera kaskadowego składa się z kilkudziesięciokrotnie powtórzonych segmentów zbudowanych ze st[...]

Próba zniwelowania wpływu naprężeń mechanicznych na działanie azotkowych diod elektroluminescencyjnych


  Azotek galu (GaN) umożliwił wytwarzanie półprzewodnikowych emiterów promieniowania, tj. diod elektroluminescencyjnych i laserów złączowych, emitujących w temperaturze pokojowej wydajne promieniowanie niebieskie, fioletowe, a nawet z zakresu bliskiego nadfioletu. Wypełnił on istotną lukę w ofercie tych przyrządów umożliwiając skompletowanie pełnej gamy barw emitowanych przez te przyrządy, a dodatkowo pozwolił produkować źródła światła białego. Jednakże poważną wadą tego materiału są jego silne własności piezoelektryczne, tj. indukowanie w jego obszarze silnych pól elektrycznych pod wpływem naprężeń mechanicznych. W wielowarstwowych strukturach nowoczesnych przyrządów półprzewodnikowych naprężenia machaniczne są nie do uniknięcia, co pociaga za sobą określone zmiany ich działania. Niniejsza praca jest poświęcona próbie zaproponowania takich zmian strukturalnych przyrządów azotkowych, dzięki którym będzie można znacznie zredukować szkodliwy wpływ zjawisk piezoelektrycznych. Kwantowy efekt starka Różnice w stałych sieci kolejnych warstw wielowarstwowych struktur nowoczesnych przyrządów azotkowych powodują powstanie naprężeń mechanicznych. W wyniku własności piezoelektrycznych materiałów azotkowych, efektem tych naprężeń staje się nieciągłość polaryzacji na granicach warstw, a w konsekwencji - powstanie w tych miejscach zlokalizowanych ładunków indukujących wewnętrzne pole elektryczne. Szczególnie w przypadku studni kwantowych (rys. 1), efektem polaryzacyjnego działania zjawisk piezoelektry[...]

Lasery z obszarami czynnymi z rozcieńczonych azotków wytworzone na podłożu InP emitujące w zakresie średniej podczerwieni


  Spektralny zakres średniej (mid-infrared) podczerwieni (2…10 μm), cieszy się ostatnio stale wzrastającym zainteresowaniem fizyków i technologów z uwagi na możliwość zastosowania go do zdalnego monitoringu zanieczyszczeń powietrza, laserowej spektroskopii, diagnostyki medycznej, pomiarów termowizyjnych i bezprzewodowej łączności optycznej. Powyższe ogromne możliwości zastosowań źródeł promieniowania średniej podczerwieni spowodowały proporcjonalne do nich stale rosnące zainteresowanie światowych technologicznych i naukowych centrów produkcji przyrządów półprzewodnikowych. Jednakże nie zaowocowało ono dotychczas pojawieniem się na rynku komercyjnym odpowiednio efektywnych i tanich emiterów promieniowania w tym zakresie spektralnym. Lasery emitujące powyżej 2 μm można uzyskać w technologii opartej na GaSb [1] jednak koszt podłoża GaSb znacznie przewyższa koszt podłoża InP (wykorzystywanego w bardzo dobrze poznanej i opanowanej technologii fosforkowej) i dlatego przemysł półprzewodnikowy jest mocno zainteresowany zastąpieniem trudnej technologii opartej na GaSb tańszą i łatwiejszą technologią opartą na InP. Dotyczy to zarówno laserów emitujących w zakresie spektralnym 2,0…2,8 μm, które są już dobrze opanowane w technologii GaSb, jak i laserów emitujących w obszarze długości fal powyżej 3 μm, gdzie cały czas jest bardzo trudno uzyskać wystarczająco dobre parametry pracy laserów antymonkowych. W przypadku tego drugiego zakresu duże nadzieje wiąże się z laserami kaskadowymi. Jednak stopień skomplikowania struktur laserów kaskadowych jest dużo większy [2] niż klasycznych laserów krawędziowych ze studniami kwantowymi pierwszego typu i dlatego lasery te mogą być konkurencyjne w stosunku do klasycznych laserów tylko wtedy, kiedy ich parametry (moc, prąd progowy, itp.) będą dużo korzystniejsze niż w przypadku laserów krawędziowych, co jest jak na razie trudne do osiągnięcia. Podstawową barierą na drodze ek[...]

Analiza zagadnień cieplnych w optycznie pompowanych laserach typu VECSEL


  Półprzewodnikowe lasery o emisji powierzchniowej z zewnętrzną wnęką rezonansową, w skrócie VECSELs (ang. Vertical- External-Cavity Surface-Emitting Lasers), określane również mianem półprzewodnikowych laserów dyskowych, w skrócie SDLs (ang. Semiconductor Disk Lasers), stanowią stosunkowo młodą rodzinę przyrządów optoelektronicznych łączących w sobie zalety półprzewodnikowych laserów typu VCSEL (ang. Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers), laserów o emisji krawędziowej, w skrócie EELs (ang. Edge-Emitting Lasers) oraz laserów opartych na ciele stałym [1]. Ich unikalne własności polegają przede wszystkim na możliwości generacji promieniowania o dużej mocy (od kilkuset miliwatów [2] do nawet 70 W [3]) i jednocześnie wysokiej jakości wiązki o małej rozbieżności i kołowym przekroju. Niestety, ważnym czynnikiem ograniczającym efektywne wykorzystanie optycznie pompowanych laserów typu VECSEL jest znaczny przyrost temperatury w ich obszarze czynnym spowodowany intensywnym pompowaniem i ograniczoną sprawnością urządzenia. Do pompowania wykorzystuje się najczęściej pojedyncze diody laserowe bądź całe ich matryce emitujące promieniowanie o mocy od kilku [2] do nawet kilkuset watów (maksymalnie 400 W) [3, 4]. Sprawność konwersji promieniowania, rozumiana jako stosunek mocy wyjściowej do mocy pompującej, wynosi natomiast od kilku do kilkudziesięciu procent (maksymalna wartość jaką udało się do tej pory osiągnąć to 50% [4]). Powoduje to powstanie silnych źródeł ciepła w obszarze czynnym, co w naturalny sposób utrudnia pracę lasera ze względu na zbyt szybkie przesuwanie się spektrum wzmocnienia w porównaniu z pikiem rezonatora. Bardzo ważne jest zatem odpowiednie zaprojektowanie struktury i sposobu jej montażu tak, by jak najbardziej zwiększyć efektywność odprowadzania z niej ciepła. Struktury laserowe Rysunek 1 przedstawia poglądowy schemat struktury lasera typu VECSEL z górnym heat spreaderem. Laser ma postać chipa półprzewodnikowego,[...]

Wpływ rozmieszczenia emiterów na ujednorodnienie temperatury w matrycy zbudowanej na bazie szerokoprzerwowych materiałów azotkowych


  Emitery promieniowania o długości fali 400…450 nm zbudowane na bazie azotkowych materiałów szerokoprzerwowych są już dostępne na rynku komercyjnym od kilku lat. Przyrządy te zaspokajają jednak tylko część potrzeb rynku [1]. Część aplikacji, a w tym m.in. projektory oraz drukarki laserowe, wymagają większych mocy promieniowania od tych, jakie mogą zapewnić dostępne obecnie przyrządy azotkowe. Moc wyjściową promieniowania rzędu watów dla przyrządów azotkowych można uzyskać z pojedynczych, bardzo szerokich emiterów paskowych (znacznie powyżej 20 μm) lub z jednowymiarowych matryc takich emiterów o mniejszej szerokości (do około 20 μm) [2]. Z uwagi na trudności technologiczne otrzymania odpowiednich podłoży GaN oraz wykonania kontaktów zapewniających odpowiedni rozpływ prądu w szerokich emiterach dużo uwagi w ostatnim czasie poświęcono konstruowaniu jednowymiarowych matryc emiterów [2-4]. Obok problemów związanych z wytworzeniem azotkowych przyrządów wysokich mocy konstruktorzy muszą zmierzyć się dodatkowo z problemem odprowadzania znaczących ilości ciepła generowanych przez odpowiednio duże gęstości prądu zasilającego. Możliwość rozmieszczenia źródeł promieniowania na większej powierzchni, jak ma to miejsce w przypadku jednowymiarowych matryc emiterów, pozwala dobrać szerokość emiterów i ich wzajemną odległość w celu zwiększenia wydajności odprowadzania ciepła z przyrządu do chłodnicy uwzględniając obecnie dostępne możliwości technologiczne [3, 4]. Konstruowanie matryc emiterów wymaga nie tylko zaprojektowania wydajnego układu chłodzącego, ale również zminimalizowania niekorzystnego efektu wzajemnego nagrzewania się sąsiadujących emiterów (thermal crosstalk) [4, 5]. W tym celu ważny jest odpowiedni dobór materiałów warstw krystalicznych oraz szerokości i wzajemnej odległości emiterów. Pomocne jest również zastosowanie w układzie montażowym dodatkowych elementów zwiększających transport ciepła, takich jak warstwa [...]

Analiza wpływu zmian konstrukcyjnych lasera azotkowego na możliwość zwiększenia jego wyjściowej mocy optycznej DOI:10.12915/pe.2014.09.17

Czytaj za darmo! »

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki numerycznej analizy możliwości zwiększenia mocy wyjściowej uzyskiwanej z krawędziowego lasera azotkowego oraz zaprojektowanych na jego podstawie jednowymiarowych matryc laserowych poprzez zastosowanie wybranych zmian konstrukcyjnych. Dwuwymiarowy elektryczno-cieplny model numeryczny został skalibrowany dla danych eksperymentalnych otrzymanych dla lasera pracującego z falą ciągłą w temperaturze pokojowej wykonanego w laboratorium Instytutu Wysokich Ciśnień UNIPRESS Polskiej Akademii Nauk. Przeprowadzone obliczenia miały na celu określenie wpływu na optyczną moc wyjściową modelowanych przyrządów takich parametrów konstrukcyjnych, jak: szerokość chipu laserowego, grubość podłoża, grubość warstwy złota w kontakcie elektrycznym typu p, liczba i rozstawienie emiterów w matrycy laserowej. Abstract. This paper presents calculation results of performance of III-N-based laser diode and its arrays (bars) with various package modifications. We adjusted our 2D thermal-electrical model to room-temperature continuous-wave operating characteristics of nitride-based edge-emitting laser fabricated in the Laboratory of Institute of High Pressure Physics. The impact of chip width, substrate thickness, thickness of p-type gold electrode, number of emitters and emitter-to-emitter distance on output power limits of nitride laser diode is investigated. Computational analysis of output power limits of III-N-based laser diode with various package modifications Słowa kluczowe: GaN, laser półprzewodnikowy, matryca laserowa, modelowanie, oporność cieplna. Keywords: GaN, semiconductor laser diode, laser array, simulation, thermal resistance. doi:10.12915/pe.2014.09.17 Wstęp Azotkowe lasery krawędziowe i ich jednowymiarowe matryce (linijki laserowe) znajdują zastosowanie m.in. w przechowywaniu danych Blu-Ray, wyświetlaczach [1], drukarkach [2], krystalizacji warstw [3], medycynie, ochronie środowiska [4], reprografii [5], fotol[...]

 Strona 1  Następna strona »