Суперлюминесцентные диоды (СЛД) и оптические усилители (ОУ) представляют большой интерес для исследования фундаментальных основ излучения и усиления света в веществе. СЛД используются в оптической когерентной томографии, волоконных гироскопах, спектроскопии, для оптической передачи данных и генерации случайных чисел. ОУ - ключевые компоненты в перестраиваемых лазерах с внешним оптическим резонатороми и важный элемент будущих сетей связи на короткие расстояния, основанных на планарных волноводах. По конструкции СЛД и ОУ схожи: обратная связь и лазерная генерация в резонаторе подавлены. Общие требования к СЛД и ОУ: спектр излучения/усиления расположен в ближней ИК-области; в нём отсутствуют значительные модуляции интенсивности; малая длина временной когерентности; высокая выходная мощность. Для устройств визуализации и проекции идеальным источником освещения был бы недорогой лазер, сочетающий высокую мощность и низкую пространственную когерентность, подавляющую дифракционные артефакты. Для этого перспективны так называемые хаотические лазеры с D-образным резонатором, представляющим собой полудиск диаметром в несколько сотен микрон. Такой лазер генерирует свет с большим количеством пространственных мод, имея мощность выше, чем у светодиода или теплового источника света. В настоящее время наиболее впечатляющие результаты были достигнуты для СЛД и ОУ оптического диапазона 1150-1350 нм. Разработка широкополосных источников света в диапазоне вблизи 1 мкм - крайне непростая задача. Квантовые ямы (КЯ) InGaAs/GaAs не позволяют получить спектр шире 15 нм, а “чирпированная” многослойная активная область сложна технологически. Квантовые точки (КТ) InGaAs/GaAs этого диапазона имеют слабую локализацию носителей заряда, что приводит к насыщению основного состояния и заужению спектра.
В проекте в качестве активной области будут использоваться разработанные авторами структуры дробной (0D/2D) размерности – квантовые яма-точки (КЯТ), имеющие высокое оптическое усиление и более широкий спектр по сравнению с КЯ. В КЯТ практически не наблюдается насыщение основного состояния. Преимущества КЯТ будут способствовать реализации широкого и плоского спектра излучения/усиления. Подход позволит увеличить число оптических мод и уменьшить пространственную когерентность лазеров с D-образным резонатором.
Основные ожидаемые результаты проекта:
- Экспериментально и теоретически исследованы процессы захвата, релаксации и рекомбинации носителей заряда в многослойных “чирпированных” структурах с КЯТ;
- Разработаны оригинальные конструкции СЛД, ОУ и лазеры с D-образным резонатором с активной областью на многослойных КЯТ;
- Изучено влияния модулированного легирования на температурные характеристики и усиление в приборах на основе КЯТ;
- Исследован эффект насыщения усиления и нелинейные эффекты в КЯТ, а том числе во временной области;
- Определены преимущества и ограничения гетероструктур с дробной размерностью (КЯТ) в качестве активной области коротковолновых оптоэлектронных приборов, оценена перспективность их применения.
Научная новизна проекта обусловлена тем, что в нем впервые будут разработаны и исследованы СЛД, ОУ и лазеры с D-образным резонатором с активной областью нового типа. Мы ожидаем обнаружить новые физические эффекты, поскольку КЯТ по своим свойствам занимают промежуточное положение между квантовыми ямами и квантовыми точками, и получить улучшенные приборные характеристики.
