Калачева, Славнецков
жүктеу/скачать 1.8 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Кремниевые лазеры
- Кремниевый лазер непрерывного действия на эффекте Рамана Эффект Рамана
- Принцип действия.
- Гибридный кремниевый лазер
- Лазер на основе кремниевых полупроводников
- Уникальные свойства Спасибо за внимание!
|
Лазеры на силицидах. Выполнили: студенты группы м-ЭЛНЭ-11 Калачева А.В Славнецков И.О Немного истории Изучение возможности использования кремния для оптических цепей Кремниевые лазеры Вообще-то словосочетание «кремниевый лазер» – это оксюморон. Являясь так называемым непрямозонным полупроводником, кремний совершенно не способен излучать свет. Вот почему в оптоволоконных телекоммуникациях используются решения на основе других (прямозонных) полупроводников, например арсенида галлия. При этом кремний отлично подходит для создания волноводов и детектирования оптических сигналов в электрические. Кремний можно заставить светить, если применить различные хитрости. Например:
Кремниевый лазер непрерывного действия на эффекте Рамана Эффект Рамана используется для создания усилителей света и лазеров на основе оптического волокна. Принцип действия. Лазерное излучение с длиной волны заводится в оптическое волокно. В оптическом волокне фотоны поглощаются атомами кристаллической решетки, которые в результате начинают «раскачиваться» (образуются колебательные фононы), а кроме того, образуются фотоны с меньшей энергией. То есть поглощение каждого фотона с длиной волны l=1,55 𝜇m приводит к образованию фонона и фотона с длиной волны l=1,63 𝜇m. Рис. 1. Принцип действия усилителя света за счет эффекта Рамана Кремниевый лазер представляет собой так называемую PIN-структуру (P-type — Intrinsic — N-type). В такой структуре кремниевый волновод встраивается внутрь полупроводниковой структуры с P- и N-областью. Такая структура подобна схеме планарного транзистора со стоком и истоком, а вместо затвора интегрируется кремниевый волновод. Сам кремниевый волновод образуется как прямоугольная в поперечном сечении область кремния (коэффициент преломления 3,6), окруженная оболочкой из оксида кремния (коэффициент преломления 1,5). Благодаря такой разнице в коэффициентах преломления кристаллического кремния и оксида кремния удается сформировать оптический волновод и избежать потерь излучения за счет поперченного распространения. Используя такую волновую структуру и лазер накачки мощностью в доли ватта, удается создать излучение в волноводе с плотностью порядка 25 MВт/см2, что даже больше плотности излучения, которую можно получить с помощью мощных полупроводниковых лазеров. Рамановское усиление при такой плотности излучения не слишком велико (порядка нескольких децибел на сантиметр), однако этой плотности вполне достаточно для реализации лазера. Рис. 2. PIN-cтруктура кремниевого лазера непрерывного действия Для того чтобы на базе данной PIN-структуры сформировать лазер, необходимо в торцы волновода добавить два зеркала, одно из которых должно быть полупрозрачным Рис. 3. Схема кремниевого лазера непрерывного действия Гибридный кремниевый лазер Учёным удалось с помощью окиси «приклеить» прямозонный полупроводник фосфид индия к кремниевому волноводу. Толщина «клея» при этом составляет всего 25 атомов. Создавая разность потенциалов между кремнием и фосфидом индия (это называется «электрическая накачка»), они добились формирования фотонов, которые через «клей» проникают в кремниевый волновод. В момент приложения напряжения свет, излучаемый материалом на основе фосфида индия, проходит через слой окиси и попадает в кремниевый световод. Конструкция последнего имеет весьма существенное значение для обеспечения прозрачности для длины волны такого лазера. На основе такой схемы создаются варианты гибридного кремниевого лазера с разной длиной волны (инфракрасного диапазона, прозрачного для кремния), что позволяет реализовать многоканальную коммуникационную систему. Из нанокристаллов при помощи специального метода выращивания, бала изготовлена высокоплотная кремниевая пленка, благодаря которой была получена эффективность нового лазера, сопоставимая с эффективностью подобных лазеров из арсенида галлия (GaAs) или фосфида индия (InP). Поверхность кремниевого основания будущего лазера была пассивирована при низкой температуре и при высоком давлении, и на ней была создана резонансная впадина, форма которой обеспечивала оптическую распределенную обратную связь. Эта обратная связь отлично сработала при определенном уровне накачки лазера, по достижению которого ширина спектрального пика, области спектра, на которую приходится максимальное количество излучаемого света, сузилась со 120 до 7 нанометров. Отметим, что новый кремниевый лазер сейчас использует оптическую накачку, т.е. для его работы требуется свет из внешнего источника. Тем не менее, создание этого лазера является лишь первым шагом на пути к созданию полностью кремниевого лазера с электрической накачкой. Лазер на основе кремниевых полупроводников
Уникальные свойства Спасибо за внимание! жүктеу/скачать 1.8 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|