КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-72-00028
НазваниеМетоды управления длиной волны генерации и спектрального кодирования излучения инжекционных микролазеров с квантовыми точками
Руководитель Махов Иван Сергеевич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" , г Санкт-Петербург
Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры
Ключевые слова микролазеры, квантовые точки, оптическая передача данных, моды шепчущей галереи, возбужденные состояния, спектральное уплотнение, моды, кодирование данных
Код ГРНТИ29.33.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Основной целью настоящего проекта является исследование путей реализации управляемой многочастотной лазерной генерации в микролазерах с целью повышения пропускной способности оптических линий связи, что актуально для применения в фотонных интегральных схемах, сочетающих как элементы кремниевой транзисторной логики, так и устройства микрооптики (волноводы, фильтры, устройства ввода-вывода и др.), предназначенных для обработки и обмена большими объемами данных.
Объектом исследования выступают А3В5 микролазеры, резонатор которых поддерживает распространение высокодобротных мод шепчущей галереи, а активная область представляет собой массив самоорганизованных квантовых точек. Использование квантовых точек позволяет снизить плотность тока, необходимую для достижения инверсии заселенности, а также достичь слабой чувствительности к поверхностной безызлучательной рекомбинации и структурным дефектам, тем самым давая возможность реализовать лазеры малого диаметра (~10мкм), обладающие низкими рабочими токами (~1 мА). В отличие от вертикально-излучающих лазеров, резонаторы с модами шепчущей галереи не требуют толстых брэгговских отражателей, что существенно упрощает технологию изготовления, а вывод излучения в плоскости подложки облегчает интеграцию с другими элементами. Современные микродисковые лазеры демонстрируют неплохие предельные частоты модуляции на уровне 6-7 ГГц. Однако вопросы повышения быстродействия и увеличения пропускной способности систем остаются актуальными и по сей день.
В настоящем проекте предлагаются исследования, направленные на изучение условий реализации управляемой многочастотной лазерной генерации в микролазерах с целью повышения скорости передачи данных по крайней мере в два раза за счет спектрального кодирования, т.е. независимой модуляции интенсивности двух или более спектрально разделенных каналов. В рамках проекта будут выбраны два пути такой реализации, первый из которых связан с вовлечением в лазерную генерацию как основного, так и возбужденных состояний квантовых точек, а второй – с переключением генерации между различными модами шепчущей галереи за счет неоднородного возбуждения неравновесных носителей заряда в активной области микролазеров.
Реализация проекта позволит получить новые фундаментальные знания по физике микролазеров с квантово-размерной активной областью и, в частности, о природе двухуровневой лазерной генерации через основное и возбужденные состояния квантовых точек и динамике переключения между ними, оптических потерях в микрорезонаторах, а также влиянии локального возбуждения носителей заряда на модовый состав излучения микролазеров.
Научная новизна проекта подтверждается тем, что в нем впервые будут выполнены исследования пороговых и динамических характеристик инжекционных микролазеров с квантовыми точками, излучающими в различных режимах с участием как основного, так и возбужденного состояний квантовых точек. Впервые для микролазеров на основе квантовых точек будет экспериментально исследовано влияние локального возбуждения (посредством оптической и токовой накачки) на спектральный и модовый состав излучения микролазеров, а также будет исследовано их быстродействие в зависимости от характера локального возбуждения.
В результате выполнения проекта будут опробованы два взаимодополняющих метода реализации управляемой многочастотной генерации в микролазерах с квантовыми точками и исследованы физические явления, оказывающие влияние на характер и скорость переключения длины волны генерации с помощью тока инжекции. Главным практическим результатом проекта будет апробация способа повышения пропускной способности микролазеров, в том числе интегрированных с кремнием, за счет спектрального кодирования.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ