The dynamics of semiconductor lasers are modelled in the time domain using a pair of differential equations known as rate equations. The analysis, based on temporal solutions of these equations, yields practical results utilised in various applications. Alternatively, an analysis employing the phase space method, a well-established analytical tool in applied mathematics, provides a more comprehensive perspective on semiconductor laser dynamics. The main purpose of this paper is to provide a detailed and intuitive introduction to phase space analysis in the context of semiconductor laser dynamics. The goal is to offer an easily comprehensible description of the mentioned method, placing emphasis on the graphical representation and physical interpretation of the results. The method effectiveness is shown through its application to selected practical problems. Furthermore, semiconductor laser dynamics can be treated as an illustrative example, showcasing the applicability of the method, which can be readily extended to other types of lasers or even more advanced dynamic systems.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
We characterized optically a structure with Al0.2Ga0.8As/Al0.9Ga0.1As distributed Bragg reflector (DBR) based planar cavity with In0.37Ga0.63As/GaAs quantum dots (QDs) in the active region. Optimization of the active region requires identification of the main quenching mechanisms of photoluminescence from QDs. To maximize efficiency of QD emission coupling into the cavity mode, a spectral matching condition between the cavity and the emitter needs to be fulfilled. This was checked by comparing the reflectance spectrum of the cavity with the QD emission spectrum. Reflectivity spectra allowed us to verify the investigated structure by comparing them with simulations.
PL
Scharakteryzowano optycznie strukturę z planarną wnęką optyczną utworzoną przez zwierciadła Bragga z Al0.2Ga0.8As/Al0.9Ga0.1As oraz z kropkami kwantowymi In0.37Ga0.63As/GaAs jako obszarem aktywnym. Optymalizacja obszaru aktywnego wymaga zidentyfikowania głównych mechanizmów wygaszania fotoluminescencji. W celu zapewnienia wysokiego współczynnika sprzęgania emisji do modu wnęki, konieczne jest spełnienie warunku dopasowania spektralnego wnęki i emitera, co określono poprzez porównanie widm odbicia z wnęki optycznej i fotoluminescencji z obszaru aktywnego. Pomiar odbicia pozwolił na zweryfikowanie badanej struktury poprzez porównanie z symulacją.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono symulacje komputerowe azotkowych laserów o emisji powierzchniowej z pionową wnęką rezonansową, emitujących fale 405 nm. Analiza dotyczy zjawisk pojemnościowych zachodzących w tych laserach, istotnych z punktu widzenia ich potencjalnych zastosowań. Zauważono istotną różnicę w prądach czynnych między strukturami ze złączem tunelowym (TJ) i implantacją oraz strukturą z kontaktem ITO. Struktura TJ z grubą implantacją wydaje się najbardziej korzystna z punktu widzenia właściwości pojemnościowych.
EN
This paper presents computer simulations of nitride vertical-cavity surface-emitting lasers, emitting at 405 nm. The analysis is focused on capacitance phenomena occurring in these lasers, which are important for potential applications in optical links. A significant difference in the active currents is observed between the two analyzed structures with tunnel junction (TJ) and implantation, and the structure with an ITO electrode. The structure with TJ and thick implantation seems to be the most favorable from the point of view of capacitance properties.
Advances in photonic technologies, with new processes and scopes of photonic integrated circuits, have generated a lot of interest as the field allows to obtain sensors with reduced size and cost and build systems with high interconnectivity and information density. In this work, answering the needs of photonic sensors that must be portable, more energy- efficient, and more accurate than their electrical counterparts, also with a view to the emerging field of neuromorphic photonics, a versatile device is presented. The proposed device makes use of the well-known advantages provided by optical bistability. By combining two distributed feedback-multi quantum well semiconductor laser structures, this new optical multiple inputs - digital output device offers various essential purposes (such as logic gates, wavelength detector and monitoring) with no need for specific manufacturing for each of them. Through a commercial computer-aided design tool, VPIphotonics™, the necessary characterization of proposed device is also described.
The paper presents the first vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) designed, grown, processed and evaluated entirely in Poland. The lasers emit at »850 nm, which is the most commonly used wavelength for short-reach (<2 km) optical data communication across multiple-mode optical fiber. Our devices present state-of-the-art electrical and optical parameters, e.g. high room-temperature maximum optical powers of over 5 mW, laser emission at heat-sink temperatures up to at least 95°C, low threshold current densities (<10 kA/cm2) and wall-plug efficiencies exceeding 30% VCSELs can also be easily adjusted to reach emission wavelengths of around 780 to 1090 nm.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wyniki komputerowego modelowania półprzewodnikowego lasera VCSEL wykonanego z materiałów bazujących na azotku galu. Analiza dotyczy wpływu niedokładności wykonania różnych elementów konstrukcyjnych lasera na emitowaną przez niego moc. Rozważono różne przesunięcia obszaru czynnego i złącza tunelowego w rezonatorze lasera względem położenia pierwotnie zaprojektowanego. Zbadano również wpływ zmian grubości warstw zwierciadeł DBR na osiągi lasera.
EN
This paper presents results of numerical simulations of a semiconductor vertical-cavity surface-emitting laser made of nitride materials. The analysis concerns the impact of the imperfections in fabrication of various laser elements on its emitted power. Different locations of the active area and the tunnel junction in the laser resonator with respect to the originally designed structures were considered. The influence of changes in the thickness of the DBR mirrors layers on the laser performance was also investigated.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono projekt azotkowego lasera VCSEL z bezpośrednim wstrzykiwaniem prądu do obszaru czynnego lasera. Bezpośrednie wstrzykiwanie pradu do obszaru czynnego uzyskano stosując zamiast górnrgo zwierciadła DBR zwierciadło w postaci metalizowanej monolitycznej siatki podfalowej o wysokim kontraście współczynnika załamania. Korzystając z autorskiego oprogramowania powstałego w Zespole Fotoniki w Instytucie Fizyki Politechniki Łódzkiej przeprowadzono obliczenia numeryczne pozwalające wyznaczyć podstawowe parametry pracy zaproponowanej struktury laserowej.
EN
The paper presents the design of the nitride-based VCSEL enabling direct current injection into the active region of the laser. The direct injection of current into the active region is possible due to semiconductor-metal subwavelength grating used as top facet mirror. Using the multiphysics model of laser operation developed in the Photonics Team at the Institute of Physics of the Lodz University of Technology, numerical calculations were performed determining fundamental operation parameters of the proposed nitride-based VCSEL.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wyniki termicznej analizy laserów VCSEL wykonanych z materiałów azotkowych. Badane przyrządy posiadały różne typy dolnych zwierciadeł, dielektryczne lub azotkowe. Analizie termicznej poddano lasery zaprojektowane na dwie różne długości fali z zakresu fioletowo-zielonego.
EN
This paper presents the results of thermal analysis of nitride VCSELs. The structures considered here had different types of bottom mirrors, namely dielectric or nitride. The thermal analysis concerned lasers emitting two different wavelengths from the violet-green spectral range.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono historię rozwoju laserów półprzewodnikowych o emisji powierzchniowej z pionową wnęką rezonansową (laserów VCSEL). Odnotowano ich najważniejsze przełomowe rozwiązania technologiczne oraz konstrukcyjno-materiałowe. Podano też parametry eksploatacyjne tych przyrządów na poszczególnych etapach rozwoju i porównano ich własności z laserami o emisji krawędziowej. Szczególny nacisk położono na pokazanie rozwoju i obecnego stanu azotkowych laserów VCSEL. Przedstawiono też wybrane wyniki modelowania działania tych konstrukcji.
EN
History of a development of surface-emitting semiconductor lasers with a vertical cavity (VCSEL lasers) is presented. The most important turning points of their technology solutions and material structures are described. Laser operation parameters are shown for successive development stages. Properties of surface-emitting lasers are compared with those of edge-emitting ones. Development of structures of nitride VCSELs is shown together with characterization of their current state. Results of numerical simulations of an operation of various surface-emitting nitride lasers are presented.
10
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.
W pracy przedstawiono wyniki modelowania półprzewodnikowego lasera o emisji powierzchniowej z pionową wnęką rezonansową wykonanego z materiałów azotkowych. Jednym z kluczowych elementów tych konstrukcji jest warstwa ITO (ang. Indium Tin Oxide) charakteryzująca się wysoką przewodnością elektryczną, ale jednocześnie wysoką absorpcją. Warstwa ta zapewnia odpowiedni rozpływ prądu w strukturze. W pracy przedstawiono wpływ zmian wartości przewodności elektrycznej i absorpcji warstwy ITO na pracę lasera VCSEL. Analizę przeprowadzono dla struktur różniących się długościami rezonatora i aperturami elektrycznymi.
EN
This paper presents results of numerical calculations of a semiconductor vertical-cavity surface-emitting laser, made of nitride materials. An important element of the structure is a ITO layer, of a high electrical conductivity, but also high absorption. This layer causes a favourable current spreading in the structure. In this paper the impact of the electrical conductivity and absorption in ITO on the VCSEL performance is described for lasers with different electrical apertures and resonator lengths.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wyniki modelowania lasera złączowego z pionową wnęką rezonansową o emisji powierzchniowej z warstwami oksydowanymi, emitującego falę o długości 980 nm. W ramach pracy przeprowadzono obliczenia cieplne, elektryczne i optyczne dla laserów posiadających dwie oksydacje, umieszczone w węzłach lub poza węzłami fali stojącej. Symulacje pokazały, że nawet niewielkie wysunięcie oksydacji z węzłów fali zmienia istotnie właściwości optyczne lasera.
EN
In this paper are presented results of numerical modeling of an oxide-confined vertical-cavity surface-emitting laser emitting at 980 nm. Simulations of thermal, electrical and optical phenomena were performed for a laser with the oxide layers at nodes of the standing wave and for a laser where the oxide layers were shifted by 20 nm from nodes. The simulations have shown that even such a small displacement change significantly some optical parameters of the laser.
13
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.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wyniki modelowania półprzewodnikowego lasera złączowego z pionową wnęką rezonansową o emisji powierzchniowej. Laser zaprojektowano na emisję fali 414 nm w oparciu o materiały azotkowe. Modelowany przyrząd miał konstrukcję hybrydową, tzn. z jednej strony posiadał zwierciadła rodzime (AlN/GaN), a z drugiej dielektryczne Ta2O5/SiO2. W pracy wyznaczono rząd modu optycznego jaki wzbudza się w laserze w zależności od jego apertury elektrycznej, długości rezonatora oraz składu molowego jego obszaru czynnego. Dla wybranych warunków pracy określono także selektywność modową przyrządu.
EN
This paper presents results of numerical modeling of a nitride vertical cavity surface emitting laser. This structure of the laser was designed to emit wavelength of 414 nm. Construction of the analyzed laser is hybrid – the bottom DBR is a native AlN/GaN mirror and the top DBR is made from dielectric materials (Ta2O5 and SiO2). In this paper we determined the order of transverse mode which is excited in the active region for different radius of electric aperture, different resonator thicknesses and concentration of indium in the quantum well. For selected parameters mode selectivity was determined.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
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.
EN
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.
Półprzewodnikowe lasery azotkowe o emisji powierzchniowej z pionową wnęką rezonansową (tzw. lasery VCSEL) ze względu na swoje specyficzne wlasności mogą stanowić w wielu zastosowaniach dobrą alternatywę dla klasycznych laserów z krawędziową emisją promieniowania (tzw. laserów EEL). Niestety mimo dużego postępu w wytwarzaniu azotkowych laserów EEL dopiero niedawno udało się wytworzyć pierwsze elektrycznie zasilane azotkowe lasery VCSEL, a ich parametry pozostawiają wiele do życzenia. W pracy omówiono podstawowe problemy związane z wytwarzaniem azotkowych laserów VCSEL. Przedstawiono ostatnie osiągnięcia w tej dziedzinie na świecie oraz podano wstępne wyniki symulacji tych struktur.
EN
Nitride semiconductor vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) due to their specific properties offer an attractive alternative to the classical edge-emitting lasers (EELs). However, despite considerable progress in developing nitride-based EELs there has been no significant improvement in manufacturing electrically pumped VCSELs until recent years. Moreover, the operating parameters of the latter are not satisfactory. In this work the key problems with designing nitride VCSELs are discussed and both the latest development in this field and initial results of computer analysis of their different structures are presented.
This article describes the stage of work associated with the implementation of a program- controlled measuring stand for recording the acoustic signals. An attempt has been made for practical implementation of the stand that uses light from a semiconductor laser, modulated by acoustic wave to obtain the information transmitted by this wave. The authors decided to build the hardware construction of the stand with the use of: a PC which serves as the controller, a DAQ card, the light emitter set with a semiconductor laser and the light receiving set capable of processing the received signal into a form suitable for a DAQ card. Moreover, additional equipment used during the examination tests is also described. The software part of the stand includes: device drivers and an application written in LabVIEW environment. The functions of signal processing and analysis, graphical and numerical presentation of the data, recording to file and reading the stored data from a file are all implemented in the application. The achieved stage of a work has been confirmed by sample measurements.
18
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.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiony artykuł opisuje główne kierunki rozwoju sprzężonych fazowo matryc krawędziowych diod laserowych. Zaprezentowane zostały opisy teoretyczne typu struktur oraz najważniejsze i najciekawsze rozwiązania konstrukcyjne wprowadzane do technologii tego typu laserów na przestrzeni lat. Zwrócono również uwagę na możliwe przyszłe kierunki rozwoju oraz na przyrządy wykonane w Polsce.
EN
In this paper, there are shown the main trends in development of phase locked arrays of edge emitting laser diodes. There are shown theoretical descriptions of such structures and the most important and interesting technological solutions. Future possibilities of development and the devices manufactured in Poland are described.
The research and technical achievements in the area of lasers are summarized every three years by the National Symposium on Laser Technology held in the Baltic See Resort Świnoujście near Szczecin, Poland. The paper presents a review of the main symposium subjects tracks debated during this key national lase event in September 2012. There are shown developement tendencies of laser materials and technologies and laser asociated branches of optoelectronics in this country, including the efforts of academia, governmental institutes, research businesses and industry. The symposium work are divided to two branches: development of lasers and laser applications, where the laser systems operators and laser users present their achievements. Topical tracks of the meeting are presented, as well as the keynote and invited subjects delivered by key representatives of the laser industry. The STL 2012 was a jubilee meeting held for the Xth time.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.