'

КВАНТОВЫЕ КАСКАДНЫЕ ЛАЗЕРЫ

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

КВАНТОВЫЕ КАСКАДНЫЕ ЛАЗЕРЫ Ластовкин АА


Слайд 1

Лазер на двойной гетероструктуре: МЕЖЗОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ ЭЛЕКТРОНЫ ФОТОН КВАНТОВАЯ ЯМА ЗОНА ПРОВОДИМОСТИ ВАЛЕНТНАЯ ЗОНА МЕЖЗОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ ДЫРКИ -V ИНВЕРСИЯ НАСЕЛЕННОСТИ Электрон-дырочная пара рождает один фотон DHL – биполярный прибор 2 Слайд Р.А. Суриса и др.


Слайд 2

Квантовый каскадный лазер: межподзонные переходы Исходная концепция: Р.Ф.Казаринов, Р.А.Сурис, ФТП, т.5, с.797 (1971) фотон энергия фотона Зона проводимости QW n QW n+1 Квантовая яма 1 2 3 QW n QW n+1 1 2 Туннелирование с участием фотона Релаксация Многослойная полупроводниковая периодическая гетероструктура AIIIBV (MBE или MOCVD) Туннелирование Испускание фотона Релаксация t relax QCL - униполярный прибор 3 Слайд Р.А. Суриса и др.


Слайд 3

Преимущества ККЛ Энергии электронных уровней в структуре с квантовыми ямами зависят от толщин слоев и от смещения > Частота лазерного излучения зависит от толщин слоев > Частота лазерного излучения перестра-ивается приложенным напряжением Один электрон, проходя через каскадную структуру, рождает много фотонов >Предпосылки для высокой выходной мощности Возможность создания инверсии населенности при kB T > h ? >Длинноволновое лазерное излучение при комнатной температуре 4 Слайд Р.А. Суриса и др.


Слайд 4

Первый ККЛ (? = 71 ТГц, P = 8 мВт, Тмакс = 90 К) J.Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, Science 264, 553 (1994) Пример ККЛ на основе AIII BV E ~ 105 В/см Диэлектрический волновод с обкладками из Al0.48In0.52As, w = 12 мкм, L ? 700 мкм Г = 0.46, n = 3.26, R = 0.27 5


Слайд 5

Приложения ККЛ 23 ? 85 THz – fingerprint region of trace gases (NH4, CO, N2O, …) > Датчики контроля загрязнения окружающей среды > Контроль технологических процессов в промышленности > Медицина: анализ выдоха, ранняя диагностика язвы, рака etc 23 ? 37 THz, 60 ? 100 THz – atmospheric windows > Оптическая связь (через туман, дождь, дым – благодаря длинным волнам) > Круиз-контроль в автомобилях, противостолкновительные радары QCLs Средний ИК диапазон 6


Слайд 6

1 ? 6 THz Переходы с участием мелких примесей Циклотронный и парамагнитный резонансы Вращательные и колебательные возбуждения в жидкостях, газах и биологических объектах (колебания коллективных мод ДНК и белков) S.W.  Smye, J.M. Chamberlain, A.J. Fitzgerald and E. Berry // Phys. Med. Biol. – 2001. – Vol.46. – P.R101-R112. Дальний ИК диапазон (ТГц диапазон) 7


Слайд 7

Волноводы ТГц Поглощение на свободных носителях Область остаточных Лучей GaAs 1 ТГц 6 ТГц 120 ТГц Дальний ИК Средний ИК Диэлектрические волноводы SL-SP Двойной металлический волновод SI-SP – semi-insulating surface-plasmon 9 ТГц 8


Слайд 8

ККЛ для газовой спектроскопии: DFB IEEE J. Quant. Electr. V.38, P.569 (2002) 9


Слайд 9

Применения ККЛ: газовая спектроскопия IEEE J. Quant. Electr. V.38, P.582 (2002) 10


Слайд 10

Перестройка частоты Qi Qin, Benjamin S. Williams, Sushil Kumar, John L. Reno and Qing Hu NATURE PHOTONICS | VOL 3 | DECEMBER 2009 11


Слайд 11

Линзы Qing Hu, Alan W. Min Lee, Sushil Kumar, OPTICS LETTERS / Vol. 32, No. 19 / October 1, 2007 34 – spacer 36 – lens 38 – retaining clip 12


Слайд 12

Линзы Qing Hu, Alan W. Min Lee, Sushil Kumar, OPTICS LETTERS / Vol. 32, No. 19 / October 1, 2007 Frequency 4.1 THz 13


Слайд 13

ККЛ в ИФМ РАН Фото ТГц ККЛ фирмы TRION (г.Темпе, Аризона); L ~ 1.5 мм, w ~ 100 мкм. Ю.Г.Садофьев 14


Слайд 14

Квантовые каскадные лазеры 15


Слайд 15

Оптическая схема установки 1 – криостат замкнутого цикла 2 – лазер 3 – входной вакуумный волновод 4 – входное окно спектрометра 5 – выходной вакуумный волновод 6 – Ge/Ga приемник 7 – поворотное зеркало 8 – сферическое зеркало 9 – кварцевый делитель пучка 10 – неподвижное зеркало 11 – сканирующее зеркало 12 – сферическое зеркало 16


Слайд 16

ККЛ в ИФМ РАН 17


Слайд 17

Спектры ККЛ 18


Слайд 18

Зависимость частоты излучения от температуры 1. A.L. Betz, R. T. Boreiko et al. / Optics Letters, 30, 1837 (2005). 2. D. Rabanus, U.U. Graf et al. / Optics Express, 17, 1159 (2009). 19


Слайд 19

Гетероструктуры на основе HgCdTe с квантовыми ямами 20


Слайд 20

ЦР в квантовых ямах HgCdTe S = (2?eB/hc)(n + ?)


Слайд 21

Основные тезисы ККЛ – униполярный прибор. Излучение фотонов при межподзонные переходах. Частота излучения лазера зависит от толщин слоев и от смещения. Один электрон, проходя через каскадную структуру, рождает много фотонов ККЛ излучают в среднем ИК и в дальнем ИК (терагерцовом) диапазонах, но между ними существует область остаточных лучей в которой лазеры не работают. Используются три типа волноводов: двойной металический (для дальнего ИК), диэлектрический и плазменный (для среднего ИК). Частота излучения лазера определяется модами резонатора Фабри-Перро. Частоту лазера можно перестраивать варьируя питающее напряжение, температуру, а также создавая механические напряжения в структуре. Основное приложение ККЛ в нашем институте – спектроскопия узкозонных полупроводниковых наноструктур. 22


×

HTML:





Ссылка: