Kwantowy laser kaskadowy z pionową wnęką rezonansową Tomasz Czyszanowski Politechnika Łódzka

Kwantowy laser kaskadowy z pionową wnęką rezonansową 1) Laser krawędziowy - laser powierzchniowy 2) Laser kaskadowy Własności emisyjne i spektralne Zastosowania 3) Powierzchniowy kwantowy laser kaskadowy 4) Siatka podfalowa 5) VCSEL z siatką podfalową 6) QC VCSEL z siatką podfalową

Laser krawędziowy http://www.learnabout-electronics.org

Laser krawędziowy distance conduction band valence band Energy http://www.learnabout-electronics.org

Laser krawędziowy http://www.learnabout-electronics.org

Laser krawędziowy http://www.learnabout-electronics.org

Laser krawędziowy http://www.learnabout-electronics.org

Laser krawędziowy http://www.learnabout-electronics.org

Laser krawędziowy http://www.learnabout-electronics.org

Laser krawędziowy http://www.learnabout-electronics.org

Laser krawędziowy http://www.learnabout-electronics.org http://www.laserfocusworld.com

Laser powierzchniowy (VCSEL) Zalety : Wady: niski prąd progowy wąskie spektrum wysoka częstotliwość modulacji kołowa wiązka matryce 2D łatwa charakteryzacja wstrzykiwanie prądu DBR

Kwantowy laser kaskadowy mod TE http://www.learnabout-electronics.org E

Kwantowy laser kaskadowy mod TM http://www.learnabout-electronics.org E

Kwantowy laser kaskadowy Advanced Optical Technologies M. Pfeffer distance conduction band Energy

Kwantowy laser kaskadowy

Kwantowy laser kaskadowy mod TM E

Własności emisyjne i spektralne

Własności emisyjne i spektralne Jakość wiązki 5 – 10o 30 – 50o

Własności emisyjne i spektralne Jakość wiązki

Własności emisyjne i spektralne Widmo emisji l l

Własności emisyjne i spektralne Modulacja l M. Cooke „Intel takes further step toward Tbit/s data transmission” Semiconductor today, 2010

Zastosowania Ryoko Yoshimura et al. "Highly Sensitive Laser Based Trace-gas Sensor Technology and Its Application to Stable Isotope Ratio Analysis" NTT Technical Review FP QCL F. K. Tittel „Mid-IR Semiconductor Lasers Enable Sensors for Trace-Gas-Sensing Applications” Photonics Spectra, 56289, 2014

Zastosowania 03 Szybkość transmisji < 10 Gb/s DARPA ORCA Official Concept Art created c. 2008 Szybkość transmisji < 10 Gb/s

l l - dobra jakość wiązki - wąskie widmo emisji - duża szybkość modulacji M. Cooke „Intel takes further step toward Tbit/s data transmission” Semiconductor today, 2010

- dobra jakość wiązki - wąskie widmo emisji - duża szybkość modulacji

Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser - dobra jakość wiązki - duża szybkość modulacji - wąskie widmo emisji http://www.dukedesign.com

Powierzchniowy kwantowy laser kaskadowy kz Ex Hy

Powierzchniowy kwantowy laser kaskadowy kz Hx Ey

Powierzchniowy kwantowy laser kaskadowy kz Hx Ey

Siatka podfalowa Introduction 31 d d > l Photonics West

Siatka podfalowa Introduction 32 d d > l Photonics West

Siatka podfalowa Introduction 33 d d << l Photonics West

destructive interference Siatka podfalowa destructive interference d d < l C.J. Chang-Hasnain and W. Yang High-contrast gratings for integrated optoelectronics, Adv. Opt. Photonics 4(3), 379–440 (2012) Photonics West

VCSEL z siatką podfalową Introduction 35 M. C. Y. Huang, Y. Zhou and C. J. Chang-Hasnain“ Nat. Photon. 1, 119-122 (2007) Air AlGaAs membrane DBR 35 pairs 5 – 10 mm substrate Markus Amann Nat. Photon. vol. 2 p. 134 (2008) Photonics West

VCSEL z siatką podfalową Introduction 36 low refractive index substrate Photonics West

Monolithic high contrast grating VCSEL z siatką podfalową Monolithic high contrast grating 37 hHCG hclad AlOx GaAs

Monolithic high contrast grating VCSEL z siatką podfalową Monolithic high contrast grating 38 hHCG hclad AlOx GaAs

Monolithic high contrast grating VCSEL z siatką podfalową Monolithic high contrast grating 39 AlOx hHCG hclad GaAs

Monolithic high contrast grating VCSEL z siatką podfalową Monolithic high contrast grating 40 hHCG GaAs Siatka monolityczna Photonics West

VCSEL z monolityczną siatką podfalową Mirror reflectance 41 Photonics West

VCSEL z monolityczną siatką podfalową Mirror reflectance Mirror reflectance 42 42 Electron beam litography + Reactive ion etching 270.6 nm 549.4 nm 160 nm Photonics West

VCSEL z monolityczną siatką podfalową Mirror reflectance Mirror reflectance 43 43 photodetector polarizer beam spliter monochromator tunable source AR coating GaAs Photonics West

VCSEL z monolityczną siatką podfalową Mirror reflectance Mirror reflectance 44 44 Photonics West

VCSEL z monolityczną siatką podfalową Mirror reflectance 45 20 – 30 mm

VCSEL z monolityczną siatką podfalową

VCSEL z monolityczną siatką podfalową 1 mm

VCSEL z monolityczną siatką podfalową

VCSEL z monolityczną siatką podfalową

d d < l VCSEL z monolityczną siatką podfalową destructive interference d d < l C.J. Chang-Hasnain and W. Yang High-contrast gratings for integrated optoelectronics, Adv. Opt. Photonics 4(3), 379–440 (2012)

VCSEL z monolityczną siatką podfalową grating cavity DBR

QC VCSEL z siatką podfalową Hz HCG kx TE Ey Hx kz Ey Hx kz Ey DBR z y x

QC VCSEL z siatką podfalową Ez HCG kx TM Hy Ex kz Hy Ex kz Hy DBR z y x

QC VCSEL z siatką podfalową 10 L a F = a/L h h [mm] GaAs l = 9 mm L [mm] 3.0 9.0

QC VCSEL z siatką podfalową 10 L a F = a/L h h [mm] GaAs l = 9 mm L [mm] 3.0 9.0

QC VCSEL z siatką podfalową 10 L a F = a/L h h [mm] GaAs l = 9 mm L [mm] 3.0 9.0

QC VCSEL z siatką podfalową 10 L a F = a/L h h [mm] GaAs l = 9 mm L [mm] 3.0 9.0

QC VCSEL z siatką podfalową 10 L a F = a/L h h [mm] GaAs l = 9 mm L [mm] 3.0 9.0

QC VCSEL z siatką podfalową 10 L a F = a/L h h [mm] GaAs l = 9 mm L [mm] 3.0 9.0

QC VCSEL z siatką podfalową 10 L a F = a/L h h [mm] GaAs l = 9 mm L [mm] 3.0 9.0

QC VCSEL z siatką podfalową 10 L a F = a/L h h [mm] GaAs l = 9 mm L [mm] 3.0 9.0

QC VCSEL z siatką podfalową 10 L a F = a/L h h [mm] GaAs l = 9 mm L [mm] 3.0 9.0

QC VCSEL z siatką podfalową GaAs AlGaAs 40 L DBR

QC VCSEL z siatką podfalową DBR I = ExEx* + EyEy*+ EzEz*

QC VCSEL z siatką podfalową EyEy*

QC VCSEL z siatką podfalową EzEz*

QC VCSEL z siatką podfalową 50 nm 300 nm 300 nm QC Au GaAs GaAs n++ M1 M2 M3 M4 M5 Al0.9Ga0.1As

QC VCSEL z siatką podfalową Au GaAs GaAs n++ M1 M2 M3 M4 M5 Al0.9Ga0.1As I = ExEx* + EyEy*+ EzEz*

QC VCSEL z siatką podfalową Au GaAs GaAs n++ M1 M2 M3 M4 M5 Al0.9Ga0.1As I = ExEx* + EyEy*+ EzEz*

QC VCSEL z siatką podfalową Au GaAs GaAs n++ M1 M2 M3 M4 M5 Al0.9Ga0.1As I = ExEx* + EyEy*+ EzEz*

QC VCSEL z siatką podfalową Au GaAs GaAs n++ M1 M2 M3 M4 M5 Al0.9Ga0.1As I = ExEx* + EyEy*+ EzEz*

QC VCSEL z siatką podfalową M5 QC Au DBR GaAs PhML GaAs n++ Al0.9Ga0.1As EzEz*

QC VCSEL z siatką podfalową G [cm-1]