W pracy przedstawiono projekt azotkowego lasera typu VECSEL z obszarem czynnym InGaN/GaN przeznaczonego do generacji promieniowania o długości fali ok. 450 nm. Do pompowania zaproponowano matrycę laserów azotkowych pracującą na fali ciągłej. Dzięki temu prezentowany laser potencjalnie również umożliwia emisję promieniowania w reżimie ciągłym w odróżnieniu od dotychczas zademonstrowanych konstrukcji tego typu. Ponadto, użycie źródła pompującego cechującego się większą długością emitowanej fali niż stosowane do tej pory w tym celu lasery barwnikowe, azotowe i Nd:YAG pozwala zredukować defekt kwantowy i poprawić własności cieplne całego przyrządu. Dzięki wykorzystaniu układu zapewniającego osiem pełnych przebiegów wiązki pompującej przez obszar czynny możliwe jest uzyskanie całkowitej sprawności konwersji mocy pompującej na moc emitowaną rzędu 26%.
EN
A concept of the nitride-based VECSEL with the InGaN/GaN active region designed to generate radiation around 450 nm has been presented. An array of nitride-based continuous-wave laser diodes has been proposed to pump the quantum wells in the active region. This enables a continuous-wave operation of the presented laser, in contrast to the nitride VECSELs demonstrated so far. Moreover, using a nitride-based array instead of dye, N2 or Nd:YAG lasers results in reduction of the quantum defect, which contributes to better thermal properties of the device. The external efficiency as high as 26% can be achieved by using a multi-pass pump setup.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca prezentuje najnowsze modyfikacje konstrukcji laserów emitujących powierzchniowo z pionową wnęką rezonansową. Modyfikacje te mają na celu dalszą miniaturyzację tego typu przyrządów, a także poprawę ich sprawności i niezawodności. Kluczową kwestią w tych dążeniach jest wyeliminowanie ze struktury epitaksjalnej laserowej wielowarstwowych zwierciadeł Bragga, które znacznie zwiększają stopień jej złożoności, a ponadto hamują odbiór ciepła z obszaru aktywnego, obniżając tym samym efektywność generacji promieniowania. W pracy przedstawiono wybrane, alternatywne konstrukcje laserów, w których zwierciadła Bragga zostały zastąpione innymi elementami o zbliżonych własnościach optycznych. Zasadność zaproponowanych innowacji potwierdzają wyniki badań eksperymentalnych i obliczeń numerycznych. Wszystkie prezentowane wyniki zostały uzyskane w ramach prac nad laserami emitującymi powierzchniowo, prowadzonych w Instytucie Technologii Elektronowej oraz Instytucie Fizyki Politechniki Łódzkiej.
EN
In this paper we present selected modifications of vertical-cavity surface-emitting lasers, aimed at their further miniaturization, as well as at improvement of their efficiency and reliability. The key issue is to eliminate semiconductor Bragg mirrors from the laser structure. These multi-layer components not only significantly increase complexity of the laser chip, but also limit heat flow within the structure, hindering effective cooling of the active region and thereby decreasing efficiency of lasing. In the discussed here, alternative constructions of surface emitting lasers the Bragg mirrors have been replaced by other optical elements of similar properties. In the first case an internal cavity of the laser is enclosed by high-contrast subwavelength gratings, in the second one - by heat-spreading diamond plates. The proposed innovations have been validated by numerical calculations and confirmed experimentally. All presented results were obtained as a part of research on vertical-cavity surface-emitting lasers, conducted jointly by Institute of Electron Technology and Institute of Physics of Technical University of Lodz.
In this paper we describe the numerical model of a semiconductor disk laser, developed and implemented in the Photonics Group, Institute of Physics, Lodz University of Technology, Poland. It consists of four strongly interrelated components for: carrier transport, heat flow, material gain and optical phenomena calculations. Combination of these components gives the steady-state self-consistent model which enables a simulation of various aspects of a semiconductor disk laser operation. A numerical analysis of carrier and power losses within the active region of 1.3-μm GaInNAs/GaAs semiconductor disk laser has been carried out using this model.
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.
EN
The paper presents a numerical analysis of designing a new source of laser radiation from the mid-infrared spectral range (3–5 µm). The idea is to use an optically–pumped semiconductor disk laser emitting at two different wavelengths and the difference frequency generation technique. The device is intended to be an alternative for present direct and indirect sources of laser radiation from the considered spectral range which often do not meet customer expectations.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Półprzewodnikowe lasery dyskowe, dzięki połączeniu osiągnięć w dziedzinie konstrukcji otwartych rezonatorów właściwych dla laserów na ciele stałym i współczesnych technologii półprzewodnikowych, pozwalają na konstrukcję emiterów o unikatowych własnościach. Doskonała jakość wiązki gaussowskiej, praca na pojedynczym modzie podłużnym, duża moc, od kilku do kilkudziesięciu watów, i jednocześnie elastyczność inżynierii przerwy wzbronionej determinującej długość fali emisji czynią lasery te szczególnie atrakcyjnymi źródłami emisji koherentnej. W artykule przedstawione zostały właściwości półprzewodnikowych laserów dyskowych i wyniki prac badawczych prowadzonych w Instytucie Technologii Elektronowej.
EN
Semiconductor Disc Lasers profit both from know-haw of the solid state laser resonator set-ups and modern semiconductor epitaxial technology. Excellent optical quality of emitted Gaussian beams, single mode operation, high power ranging from single to tenths of Watts and the flexibility of the band gap engineering of the emission wavelength makes them particularly suitable in very demanding application were no other source exists. In his paper a review on the Semiconductor Disk laser will be provided and the experimental data of the research carried on in Institute of Electron Technology will be presented.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawione zostały wyniki badań wpływu naprężenia sieci struktury lasera z pionową wnęką rezonansową VECSEL (vertical external cavity surface emitting laser) na jego własności. Badane były struktury z różną liczbą studni kwantowych w obszarze aktywnym. Pozostałe parametry były stałe. Naprężenie w strukturze określane było na podstawie pomiarów map węzłów sieci odwrotnej wykonanych wokół dwóch refleksów: 004 i -2-24. Stwierdzono, że stopień relaksacji sieci w zależności od liczby studni kwantowych można opisać za pomocą funkcji liniowej. Z porównania wyników numerycznych i eksperymentalnych wynika, że dyslokacje niedopasowania są źródłem rekombinacji niepromienistej, silnie wpływającym na redukcję mocy wyjściowej z lasera. Biorąc za kryterium oceny jakości lasera moc zewnętrzną, określiliśmy optymalną liczbę studni kwantowych w obszarze aktywnym równą 12, co jest związane z relaksacją sieci równą 27%. Stosując diament jako medium rozpraszające ciepło, uzyskaliśmy maksymalną moc równą 4,5 W.
EN
We have investigated the influence of strain built into the periodic gain structure of Vertical External Cavity Surface-Emitting Lasers on the laser properties. Laser structures with different numbers of quantum wells (QWs) in the active region were grown using molecular beam epitaxy. The strain was analyzed by reciprocal space maps taken around two reflections of 004 and -2-24. It was found that the dependence of strain relaxation caused by misfit dislocation on the number of quantum wells can be described by a linear function. Fitting the numerical simulations to the experimentally-obtained output power characteristics revealed that misfit dislocations are the non-radiative recombination defects and are responsible for suppressing output power. Taking as a criterion the output power, we determined the optimal number of QWs as 12 and the maximal tolerable relaxation value as 0.27 for InGaAs/GaAs VECSEL structures with uniformly distributed quantum wells in a microcavity. Using diamond heat spreader bonded to the laser surface we obtained output power of 4.5 W.
The paper is devoted to a numerical analysis of an influence of a pumping beam diameter on output power of optically pumped vertical-external-cavity surface-emitting lasers. Simulations have been carried out for a structure with a GaInNAs/GaAs active region operating at 1.32 μm. Various assembly configurations have been considered. Results obtained show that laser power scaling is strongly affected by thermal properties of the device.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono komputerową analizę wpływu domieszkowania substratu InP w elektrycznie pompowanym laserze o emisji powierzchniowej z zewnętrzną wnęką rezonansową (Electrically Pumped Vertical External Cavity Surface Emitting Laser – E-VECSEL) emitującym promieniowanie o długości fali 1480 nm na próg akcji laserowej. Pokazano, że minimalna moc elektryczna dostarczana do lasera umożliwiająca osiągnięcie progu jego akcji laserowej może być uzyskana dla struktury z podłożem o domieszkowaniu n = 2•1016 cm-3.
EN
In the following paper computer aided analysis of InP substrate doping level in 1480 nm Electronically Pumped Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers is presented. It is shown that in such structure the lowest threshold power is obtained for substrate n-doping level n = 2•1016 cm-3.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wyniki modelowania zjawisk fizycznych związanych z transportem nośników oraz wzmocnieniem materiałowym w optycznie pompowanym laserze typu VECSEL wykonanym w systemie materiałowym GaInNAs/GaAs pracującym na fali o długości 1,32 μm. W szczególności dokonano analizy wykorzystania mocy pompującej, strat nośników oraz wkładu poszczególnych studni kwantowych do całkowitego wzmocnienia generowanego w obszarze czynnym. Otrzymane wyniki mogą stanowić wstęp do dalszych badań mających na celu optymalizację konstrukcji przyrządów tego typu.
EN
The paper presents results of numerical modeling of physical processes connected with the carrier transport and material gain in the optically pumped GaInNAs/GaAs VECSEL operating at 1.32 μm. Especially the analysis of pumping power conversion, carrier losses and contribution of individual quantum wells to the overall gain generated in the active region has been carried out. The obtained results can be used in further research to optimize the design of semiconductor structures of such devices.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Different methods used to reduce temperature increase within the active region of vertical-external-cavity surface-emitting lasers (VECSELs) are described and compared with the aid of the self-consistent thermal finite-element method. Simulations have been carried out for the GaInNAs/GaAs multiple-quantum-well (MQW) VECSEL operating at room temperature at 1.31 µm. Main results are presented in form of "thermal maps" which can be simply used to determine maximal temperature of different structures at specified pumping conditions. It has been found that these maps are also appropriate for some other GaAs-based VECSELs and can be very helpful especially during structure designing. Moreover, convective and thermal radiation heat transfer from laser walls has been investigated.
Artykuł porusza zagadnienie modelowania zjawisk cieplnych zachodzących podczas pracy nowoczesnych przyrządów półprzewodnikowych, jakimi są optycznie pompowane lasery typu VECSEL, znane również pod nazwą SDL. Przy pomocy samouzgodnionego modelu cieplnego wykorzystującego metody elementów skończonych dokonano numerycznej analizy własności cieplnych tych przyrządów, obejmującej porównanie różnych sposobów montażu oraz wpływu wybranych parametrów konstrukcyjnych na przyrost temperatury w ich obszarze czynnym. Symulacje przeprowadzono dla lasera typu VECSEL z obszarem czynnym w postaci wielokrotnej studni kwantowej GalnNAs/GaAs, emilującego promieniowanie o długości fali z zakresu drugiego okna optycznego telekomunikacji światłowodowej (1.31 žm).
EN
The paper is devoted to thermal modeling of optically pumped vertical-external-cavily surface-emitting lasers (VECSELs) also known as semiconductor disc lasers (SDLs) With the aid of self-consistent thermal-finite element method comparative analysis of thermal properties of various assembly configurations and influence of different design parameters on temperature increase in (he active region have been carried out. As the subject of thermal modeling GaInNAs/GaAs VECSEL operating at the second telecom window (1.31 žm) has been chosen.
Different aspects of thermal management of GaAs-based vertical-external-cavity surface-emitting lasers (VECSELs) are described and analyzed by example of typical configurations of GaInNAs/GaAs multiple-quantum-well (MQW) VECSEL. Simulations of two-dimensional heat-flux spreading within investigated structures have been carried out with the aid of the self-consistent thermal finite-element method. Influence of pumping-beam and heat spreader properties on maximal temperature increase have been studied and different heat management techniques have been compared.
PL
W pracy zostały opisane i przeanalizowane wybrane aspekty dotyczące własności cieplnych optycznie pompowanych laserów półprzewodnikowych o emisji powierzchniowej z zewnętrzną pionową wnęką rezonansową (VECSELs, ang. vertical-external-cavity surface-emitting lasers) na podłożu z GaAs. Obliczenia wykonano dla typowych konfiguracji montażowych lasera typu VECSEL z obszarem czynnym w postaci wielokrotnej studni kwantowej wykonanej w systemie materiałowym GaInNAs/GaAs. Do symulacji dwuwymiarowego rozpływu ciepła wykorzystano samouzgodniony model cieplny oparty na metodzie elementów skończonych (MES) , przy pomocy którego porównano własności cieplne poszczególnych struktur oraz określono wpływ parametrów wiązki pompującej (moc, średnica) i heat spreadera (przewodność cieplna, grubość) na maksymalny przyrost temperatury w ich wnętrzach.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.