Kwantowy laser kaskadowy z pionową wnęką rezonansową

Prezentacja na temat: "Kwantowy laser kaskadowy z pionową wnęką rezonansową"— Zapis prezentacji:

1 Kwantowy laser kaskadowy z pionową wnęką rezonansową
Tomasz Czyszanowski Politechnika Łódzka

2 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

3 Laser krawędziowy

4 Laser krawędziowy distance conduction band valence band Energy

5 Laser krawędziowy

6 Laser krawędziowy

7 Laser krawędziowy

8 Laser krawędziowy

9 Laser krawędziowy

10 Laser krawędziowy

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

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

13 Kwantowy laser kaskadowy
mod TE E

14 Kwantowy laser kaskadowy
mod TM E

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

16 Kwantowy laser kaskadowy

17 Kwantowy laser kaskadowy
mod TM E

18 Własności emisyjne i spektralne

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

20 Własności emisyjne i spektralne
Jakość wiązki

21 Własności emisyjne i spektralne
Widmo emisji l l

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

23 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

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

25 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

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

27 Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser
- dobra jakość wiązki - duża szybkość modulacji - wąskie widmo emisji

28 Powierzchniowy kwantowy laser kaskadowy
kz Ex Hy

29 Powierzchniowy kwantowy laser kaskadowy
kz Hx Ey

30 Powierzchniowy kwantowy laser kaskadowy
kz Hx Ey

31 Siatka podfalowa Introduction 31 d d > l Photonics West

32 Siatka podfalowa Introduction 32 d d > l Photonics West

33 Siatka podfalowa Introduction 33 d d << l Photonics West

34 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

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

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

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

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

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

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

41 VCSEL z monolityczną siatką podfalową
Mirror reflectance 41 Photonics West

42 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

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

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

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

46 VCSEL z monolityczną siatką podfalową

47 VCSEL z monolityczną siatką podfalową
1 mm

48 VCSEL z monolityczną siatką podfalową

49 VCSEL z monolityczną siatką podfalową

50 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)

51 VCSEL z monolityczną siatką podfalową
grating cavity DBR

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

63 QC VCSEL z siatką podfalową
GaAs AlGaAs 40 L DBR

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

65 QC VCSEL z siatką podfalową
EyEy*

66 QC VCSEL z siatką podfalową
EzEz*

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

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

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

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

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

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

73 QC VCSEL z siatką podfalową
G [cm-1]