RU2721586C2 - Method of selecting optical modes in microresonators using nanoantibodies - Google Patents
Method of selecting optical modes in microresonators using nanoantibodies Download PDFInfo
- Publication number
- RU2721586C2 RU2721586C2 RU2015151110A RU2015151110A RU2721586C2 RU 2721586 C2 RU2721586 C2 RU 2721586C2 RU 2015151110 A RU2015151110 A RU 2015151110A RU 2015151110 A RU2015151110 A RU 2015151110A RU 2721586 C2 RU2721586 C2 RU 2721586C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modes
- microresonator
- nanoantenna
- laser
- semiconductor structure
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 7
- DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N [C].[Pt] Chemical compound [C].[Pt] DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 13
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 10
- 238000010187 selection method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 10
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 5
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/34—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/0405, H01L21/0445, H01L21/06, H01L21/16 and H01L21/18 with or without impurities, e.g. doping materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области формирования микроструктур для использования в различных оптоэлектронных устройствах, а более конкретно к области формирования лазерных микрорезонаторов, обладающих одночастотным спектром излучения.The invention relates to the field of formation of microstructures for use in various optoelectronic devices, and more particularly to the field of formation of laser microresonators having a single-frequency emission spectrum.
Одно из основных применений полупроводниковых лазеров - их использование в качестве передающего источника в системах оптической связи. В настоящее время полупроводниковые лазеры широко применяются в системах волоконно-оптической связи для передачи информации на дальние, средние и малые расстояния (от более чем несколько сотен километров до нескольких метров). К преимуществам оптической связи по сравнению с передачей информации в форме электрических сигналов по проводящим линиям относятся высокая скорость передачи данных, низкое поглощение/рассеяния сигнала и высокая помехозащищенность. В связи с этим ведутся исследования, направленные на создание систем оптической связи и на сверхмалые расстояния, в том числе в пределах электронной платы для обмена данными между ее отдельными элементами.One of the main applications of semiconductor lasers is their use as a transmitting source in optical communication systems. Currently, semiconductor lasers are widely used in fiber-optic communication systems for transmitting information over long, medium and short distances (from more than several hundred kilometers to several meters). The advantages of optical communication compared with the transmission of information in the form of electrical signals through conductive lines include high data transfer rate, low signal absorption / scattering and high noise immunity. In this regard, research is being conducted aimed at creating optical communication systems and at extremely small distances, including within the framework of an electronic board for exchanging data between its individual elements.
К лазерному источнику, предназначенному для использования в системе оптической связи, предъявляется требование одночастотной генерации (фиг. 1(а-в)), т.е. в спектре его излучения должна доминировать одна линия излучения, а все другие линии излучения должны быть подавлены. Это обусловлено тем обстоятельством, что в системах оптической связи используются, как правило, несколько лазерных источников, излучающих на различных длинах волн, что позволяет пропорционально повысить пропускную способность канала связи. В том случае, если какой-то лазерный источник одновременно излучает на нескольких длинах волн, передаваемая им информация может перекрыться с сигналом, передаваемым другим лазерным источником, что приведет к неправильному прочтению информации.A laser source intended for use in an optical communication system is subject to the requirement of single-frequency generation (Fig. 1 (a-c)), i.e. in the spectrum of its radiation, one emission line should dominate, and all other emission lines should be suppressed. This is due to the fact that in optical communication systems, as a rule, several laser sources are used that emit at different wavelengths, which allows us to proportionally increase the throughput of the communication channel. In the event that some laser source emits simultaneously at several wavelengths, the information transmitted by it may overlap with the signal transmitted by another laser source, which will lead to incorrect reading of the information.
Для использования в системах оптической связи на плате требуются лазерные источники, обладающие микронными размерами лазерного резонатора. В настоящее время наиболее перспективные результаты в области микролазеров получены с использованием оптических резонаторов, обладающих осевой симметрией - микроколец и микродисков, с активной областью на основе массивов самоорганизующихся квантовых точек InAs. Спектр излучения таких микрорезонаторов определяется оптическими модами (называемыми модами шепчущей галереи), чья длина волны находится в пределах спектра усиления активной области. Для достижения одночастотной генерации требуется, чтобы спектральное расстояние между соседними модами (межмодовый интервал) превосходило бы ширину спектра усиления. Типичная ширина спектра усиления массива квантовых точек, составляет несколько десятков нанометров. В результате, в пределах полосы усиления находится несколько резонансных мод, которые и наблюдаются в спектрах излучения. Сходные проблемы существуют и в микролазерах с активной областью другого типа и/или материала, поскольку ширина спектра усиления полупроводниковой активной области, как правило, сопоставима с тепловой энергией, т.е. составляет несколько десятков нанометров.For use in optical communication systems, the board requires laser sources with micron-sized laser cavities. At present, the most promising results in the field of microlasers have been obtained using optical resonators with axial symmetry — micro rings and microdiscs, with an active region based on arrays of self-organizing InAs quantum dots. The emission spectrum of such microresonators is determined by optical modes (called whispering gallery modes), whose wavelength is within the gain spectrum of the active region. Achieving single-frequency lasing requires that the spectral distance between adjacent modes (intermode spacing) exceed the width of the gain spectrum. A typical width of the gain spectrum of an array of quantum dots is several tens of nanometers. As a result, there are several resonance modes that are observed in the emission spectra within the gain band. Similar problems exist in microlasers with an active region of a different type and / or material, since the width of the gain spectrum of a semiconductor active region is usually comparable with thermal energy, i.e. is several tens of nanometers.
Таким образом, актуальной является задача селекции оптических мод в микролазерах. Под селекцией мод понимается подавление интенсивности излучения каких-либо мод (в пределе, всех, кроме одной) и/или увеличение интенсивности излучения каких-либо мод (в пределе, единственной моды). Желательно, чтобы метод селекции мод не вносил бы существенного усложнения в технологию изготовления лазера, что способствовало бы их внедрению в оптические системы и распространению самих систем оптической связи на сверхмалые расстояния.Thus, the urgent task is the selection of optical modes in microlasers. By mode selection is meant the suppression of the radiation intensity of any mode (in the limit, all but one) and / or an increase in the radiation intensity of any mode (in the limit, a single mode). It is desirable that the mode selection method would not introduce any significant complication into the laser manufacturing technology, which would facilitate their introduction into optical systems and the spread of optical communication systems themselves at very short distances.
Моды шепчущей галереи характеризуются тремя квантовыми числами (порядками) - вертикальным, радиальным и азимутальным, описывающими пространственное распределение интенсивности моды вдоль соответствующей координаты (фиг. 2). Каждому набору квантовых чисел соответствует своя резонансная длина волны. Селекция вертикальных мод достигается, как правило, за счет использования достаточно тонкого волноводного слоя, что может быть легко реализовано в процессе эпитаксиального синтеза полупроводниковой структуры, из которой затем изготавливается микролазер. В то же время, селекция радиальных и азимутальных мод представляет собой серьезную проблему, на решение которой направлены в последние годы значительные усилия.Whispering gallery modes are characterized by three quantum numbers (orders) - vertical, radial and azimuthal, describing the spatial distribution of the mode intensity along the corresponding coordinate (Fig. 2). Each set of quantum numbers has its own resonant wavelength. The selection of vertical modes is achieved, as a rule, through the use of a sufficiently thin waveguide layer, which can be easily realized in the process of epitaxial synthesis of a semiconductor structure, from which a microlaser is then made. At the same time, the selection of radial and azimuthal modes is a serious problem, the solution of which has been directed in recent years, considerable efforts.
Межмодовый интервал, т.е. спектральное расстояние между соседними азимутальными модами, растет при уменьшении диаметра микролазера. Для размеров микродисковых лазеров с квантовыми точками, для которых получены наилучшие приборные характеристики (в частности, возможность достижения лазерной генерации при рекордно-высокой температуре 107°С), межмодовое расстояние составляет около 10-15 нм, что заметно меньше ширины полосы усиления. Вследствие этого спектр генерации является многочастотным. Уменьшение диаметра микрорезонатора не может быть использовано в качестве метода селекции мод, поскольку оно сопровождается ухудшением приборных характеристик (увеличением ширины линии излучения, снижением максимальной температуры генерации) вследствие влияния шероховатости боковых стенок микрорезонатора и безызлучательной рекомбинации на боковых поверхностях.Intermode spacing i.e. The spectral distance between adjacent azimuthal modes increases with decreasing microlaser diameter. For the sizes of microdisk lasers with quantum dots, for which the best instrumental characteristics were obtained (in particular, the possibility of achieving laser generation at a record high temperature of 107 ° C), the intermode distance is about 10-15 nm, which is noticeably smaller than the gain bandwidth. As a consequence, the generation spectrum is multi-frequency. A decrease in the diameter of the microcavity cannot be used as a mode selection method, since it is accompanied by a deterioration in the instrument characteristics (increase in the emission line width and a decrease in the maximum generation temperature) due to the influence of the roughness of the side walls of the microcavity and nonradiative recombination on the side surfaces.
Радиальные моды высоких порядков могут быть подавлены за счет формирования внутреннего отверстия в микрорезонаторе, т.е. за счет превращения микродискового резонатора в микрокольцевой. Однако в спектре микрокольцевых резонаторов с внутренним диаметром оптимальной величины по-прежнему могут наблюдаться линии излучения, обусловленные радиальными модами малых порядков (1…3). Дальнейшее увеличение внутреннего диаметра микрокольца приводит к ухудшению других приборных характеристик микролазера вследствие влияния шероховатости внутренних стенок микрорезонатора и безызлучательной рекомбинации на внутренней поверхности.High-order radial modes can be suppressed due to the formation of an internal hole in the microcavity, i.e. due to the transformation of a microdisk resonator into a micro ring. However, in the spectrum of micro-ring resonators with an internal diameter of optimal value, emission lines due to small-order radial modes (1 ... 3) can still be observed. A further increase in the inner diameter of the microring leads to a deterioration of other instrument characteristics of the microlaser due to the influence of the roughness of the inner walls of the microcavity and nonradiative recombination on the inner surface.
Таким образом, существует потребность в разработке способа селекции оптических мод с целью достижения одночастотной генерации в микролазерах при одновременном сохранении их геометрических размеров на уровне, при котором шероховатость и безызлучательная рекомбинация не оказывают существенного влияния на их характеристики.Thus, there is a need to develop a method for selecting optical modes in order to achieve single-frequency generation in microlasers while maintaining their geometric dimensions at a level at which roughness and non-radiative recombination do not significantly affect their characteristics.
Известен способ селекции мод за счет придания микрорезонатору формы диска с выемкой (фиг. 3(a)) в процессе его изготовления с помощью плазмохимического травления [S. A. Backes, "Microdisk laser structures for mode control and directional emission," Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures 16, 3817 (1998)]. При формировании выемки оптимальной длины наблюдалось увеличение интенсивности лазерной моды вследствие увеличения вывода излучения из микрорезонатора во внешнее пространство. Недостаток описанного метода заключается в том, что он применим лишь к микролазерам, работающим при низких температурах (около 10 К), что обусловлено, по всей видимости, внесением центров безызлучательной рекомбинации при травлении выемки, пересекающей активную область лазера.There is a method of mode selection by imparting a shape of a notched disk to a microcavity (Fig. 3 (a)) during its manufacture using plasma-chemical etching [S. A. Backes, "Microdisk laser structures for mode control and directional emission," Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures 16, 3817 (1998)]. When a notch of optimal length was formed, an increase in the intensity of the laser mode was observed due to an increase in the output of radiation from the microcavity into the external space. The disadvantage of the described method is that it is applicable only to microlasers operating at low temperatures (about 10 K), which is most likely due to the introduction of nonradiative recombination centers during etching of a recess crossing the active region of the laser.
Известен способ селекции мод за счет травления на боковой поверхности микрорезонатора осесимметричной брэгговской решетки (фиг. 3(б)), в результате чего форма микродиска напоминает микрошестеренку (microgear) [М. Fujita and Т. Baba, "Microgear laser," Applied Physics Letters 80, 2051-2053 (2002)]. Суть метода заключается в том, что условие конструктивной интерференции устанавливается только для моды шепчущей галереи с азимутальным порядком М, таким что 2М=N, где N - число периодов брэгговской решетки. Это приводит к селекции моды с азимутальным порядком М за счет подавления всех прочих мод, для которых 2М≠N. Было продемонстрировано достижение лазерной генерации при комнатной температуре с использованием указанного метода в микрорезонаторах сверхмалого размера (менее 3 мкм). Недостатками является сложность формирования совершенной осесимметричной брэгговской решетки вследствие различной скорости травления полупроводникового кристалла вдоль различных кристаллографических направлений, а также низкая степень селекции мод.A known method of mode selection due to etching on the side surface of the microresonator of an axisymmetric Bragg grating (Fig. 3 (b)), as a result of which the shape of the microdisk resembles a microgear [M. Fujita and T. Baba, "Microgear laser," Applied Physics Letters 80, 2051-2053 (2002)]. The essence of the method is that the condition of constructive interference is established only for a whispering gallery mode with an azimuthal order M, such that 2M = N, where N is the number of periods of the Bragg grating. This leads to the selection of modes with the azimuthal order M due to the suppression of all other modes for which 2M ≠ N. The achievement of laser generation at room temperature was demonstrated using this method in ultra-small microcavities (less than 3 microns). The disadvantages are the difficulty of forming a perfect axisymmetric Bragg grating due to the different etching rates of the semiconductor crystal along different crystallographic directions, as well as the low degree of mode selection.
Известен способ селекции мод за счет формирования микродиска, диаметр волноводной область которого превышает диаметр областей полупроводниковых обкладок (фиг. 3(в))_ [М.-Н. Мао, Н.-С. Chien, J.-Z. Hong, and C.-Y. Cheng, "Room-temperature low-threshold current-injection ingaas quantum-dot microdisk lasers with single-mode emission," Optics Express 19, 14145-14151 (2011)]. В результате на периферии микродиска вертикальное ограничение мод достигается за счет контраста воздух-полупроводник или диэлектрик-полупроводник, тогда как ближе к центру микродиска вертикальное ограничение реализуется за счет контраста полупроводник-полупроводник. Селекция радиальных мод реализуется за счет увеличения фактора оптического ограничения для мод более низких радиальных порядков, локализованных в пространстве ближе к периферии микродиска. Реализация данного способа продемонстрирована в микролазерах диаметром 6.5-10.5 мкм, работающих при комнатной температуре. Недостатком является отсутствие селективности по отношению к модам разных азимутальных порядков, поскольку вносимые в форму микродиска изменения имеют осесимметричный характер.A known method of mode selection due to the formation of a microdisk, the waveguide region of which exceeds the diameter of the regions of the semiconductor wafers (Fig. 3 (c)) _ [M.-N. Mao, N.-S. Chien, J.-Z. Hong, and C.-Y. Cheng, "Room-temperature low-threshold current-injection ingaas quantum-dot microdisk lasers with single-mode emission," Optics Express 19, 14145-14151 (2011)]. As a result, the vertical mode limitation at the periphery of the microdisk is achieved due to the contrast between air-semiconductor or dielectric-semiconductor, while closer to the center of the microdisk, the vertical limitation is realized due to the contrast of semiconductor-semiconductor. The selection of radial modes is realized by increasing the optical limiting factor for modes of lower radial orders localized in space closer to the periphery of the microdisk. The implementation of this method is demonstrated in microlasers with a diameter of 6.5-10.5 microns, operating at room temperature. The disadvantage is the lack of selectivity with respect to modes of different azimuthal orders, since the changes introduced into the microdisk form are axisymmetric.
Известен способ селекции мод с помощью формирования двух и более субволновых выемок на боковой поверхности микрокольцевого резонатора (фиг. 3(г)), располагающихся по отношению друг к другу под определенным азимутальным углом [A. Schlehahn, F. Albert, С.Schneider, S.
Также известен способ селекции мод с помощью формирования на верхней поверхности микрокольцевого резонатора регулярного массива металлических нанодисков (фиг. 3(д)), формирующих осесимметричную брэгговскую дифракционную решетку [D. Urbonas, A. Balytis, М. Gabalis, К.
Наконец, известен способ селекции мод микрорезонатора, избранный в качестве способа-прототипа, заключающийся в травлении сфокусированным ионным пучком ямок или радиальных канавок на верхней поверхности микрорезонаторов диаметром 6-11 мкм (фиг. 3(e)) [N.V. Kryzhanovskaya, I.S. Mukhin, E.I. Moiseev, I.I. Shostak, A.A. Bogdanov, A.M. Nadtochiy, M.V. Maximov, A.E. Zhukov, M.M.Kulagina, K.A. Vashanova, Yu.M. Zadiranov, S.I. Troshkov, A.A. Lipovskii and A. Mintairov, Control of emission spectra in quantum dot microdisk/microring lasers, OPTICS EXPRESS 22(21), 25782- 25787 (2014)]. Принцип селекции заключается во внесении дополнительных потерь для тех радиальных мод, чье пространственное распределение имеет пучность в области травления. Было продемонстрировано подавление интенсивности излучения нежелательных мод в спектрах микролазеров диаметром 6 мкм, работающих вплоть до 230 К. Недостатком метода является его применимость для лазеров, работающих при пониженных температурах.Finally, there is a method known for selecting a microresonator mode, selected as a prototype method, which consists in etching with a focused ion beam of dimples or radial grooves on the upper surface of microresonators with a diameter of 6-11 μm (Fig. 3 (e)) [N.V. Kryzhanovskaya, I.S. Mukhin, E.I. Moiseev, I.I. Shostak, A.A. Bogdanov, A.M. Nadtochiy, M.V. Maximov, A.E. Zhukov, M.M. Kulagina, K.A. Vashanova, Yu.M. Zadiranov, S.I. Troshkov, A.A. Lipovskii and A. Mintairov, Control of emission spectra in quantum dot microdisk / microring lasers, OPTICS EXPRESS 22 (21), 25782-25787 (2014)]. The selection principle is to introduce additional losses for those radial modes whose spatial distribution has an antinode in the etching region. It was demonstrated that the emission intensity of unwanted modes was suppressed in the spectra of microlasers with a diameter of 6 μm operating up to 230 K. The disadvantage of this method is its applicability to lasers operating at low temperatures.
Таким образом, недостатком всех перечисленных выше способов селекции мод является то, что они позволяют осуществить селекцию либо только азимутальных, либо только радиальных мод. Для полной селекции мод всех типов и достижения, таким образом, одночастотной лазерной генерации, требуется сочетание нескольких способов одновременно, что не всегда возможно из-за несовместимости технологий, либо заметно усложняет процесс изготовления микролазера. Кроме того, многие способы селекции требуют применения прецизионных технологических методов изготовления. Также многие способы селекции не позволяют реализовать лазерную генерацию при комнатной температуре.Thus, the disadvantage of all the above methods of mode selection is that they allow the selection of either only azimuthal or only radial modes. For the complete selection of modes of all types and, thus, the achievement of single-frequency laser generation, a combination of several methods is required at the same time, which is not always possible due to technology incompatibility, or significantly complicates the microlaser manufacturing process. In addition, many breeding methods require the use of precision manufacturing techniques. Also, many selection methods do not allow laser generation at room temperature.
Наиболее близким к настоящему техническому решению по совокупности существенных признаков является способ, выбранный в качестве прототипа, в котором селекция радиальных мод микрорезонатора достигается за счет формирования поверхностных ямок или канавок [N.V. Kryzhanovskaya, I.S. Mukhin, E.I. Moiseev, I.I. Shostak, A.A. Bogdanov, A.M. Nadtochiy, M.V. Maximov, A.E. Zhukov, M.M.Kulagina, K.A. Vashanova, Yu.M. Zadiranov, S.I. Troshkov, A.A. Lipovskii and A. Mintairov, Control of emission spectra in quantum dot microdisk/microring lasers, OPTICS EXPRESS 22(21), 25782- 25787 (2014)].Closest to the present technical solution in terms of essential features is the method selected as a prototype in which the selection of the radial modes of the microresonator is achieved by the formation of surface pits or grooves [N.V. Kryzhanovskaya, I.S. Mukhin, E.I. Moiseev, I.I. Shostak, A.A. Bogdanov, A.M. Nadtochiy, M.V. Maximov, A.E. Zhukov, M.M. Kulagina, K.A. Vashanova, Yu.M. Zadiranov, S.I. Troshkov, A.A. Lipovskii and A. Mintairov, Control of emission spectra in quantum dot microdisk / microring lasers, OPTICS EXPRESS 22 (21), 25782-25787 (2014)].
Метод-прототип реализуется в три этапа, схематически изображенных на Фиг. 4(а-в). Принцип селекции мод, лежащий в основе способа-прототипа, заключается во внесении дополнительных потерь для тех радиальных мод, чье пространственное распределение имеет пучность в области травления.The prototype method is implemented in three stages, schematically depicted in FIG. 4 (a-c). The principle of mode selection, which is the basis of the prototype method, is to introduce additional losses for those radial modes whose spatial distribution has antinodes in the etching region.
Недостатком метода является его применимость для лазеров, работающих при пониженных температурах. Другим недостатком способа-прототипа является то, что селекция мод осуществляется только по отношению к радиальным модам. Еще одним недостатком способа-прототипа является то, что селекция мод происходит за счет подавления интенсивности боковых мод, при этом интенсивность лазерной моды не увеличивается или же несколько снижается.The disadvantage of this method is its applicability to lasers operating at low temperatures. Another disadvantage of the prototype method is that the selection of modes is carried out only in relation to radial modes. Another disadvantage of the prototype method is that the selection of modes occurs due to the suppression of the intensity of the side modes, while the intensity of the laser mode does not increase or decreases slightly.
Задачей настоящего изобретения является разработка простого в реализации способа селекции мод в работающих при комнатной температуре микролазерах, который бы был эффективен по отношению ко всем типам мод микрорезонатора, как радиальным, так и азимутальным.The objective of the present invention is to develop an easy to implement method of mode selection in microlasers operating at room temperature, which would be effective in relation to all types of microresonator modes, both radial and azimuthal.
Техническим результатом, позволяющим выполнить поставленную задачу, является увеличение максимальной интенсивности излучения лазерной моды оптического микрорезонатора в 20 раз и увеличение коэффициента подавления боковых мод на 14 дБ.The technical result that allows us to complete the task is to increase the maximum intensity of the laser mode radiation of the optical microcavity by 20 times and increase the side mode suppression coefficient by 14 dB.
Результат достигается за счет того, что способ селекции оптических мод в микрорезонаторах с использованием наноантенн включает эпитаксиальный синтез слоистой полупроводниковой структуры, содержащей светоизлучающую активную область и волноводный слой, реализующий селекцию вертикальных мод, отличающийся тем, что формируют осесимметричный микрорезонатор с помощью травления слоистой полупроводниковой структуры; формируют наноантенну, примыкающую к внешней боковой поверхности микрорезонатора и вытянуто в направлении, перпендикулярном слоям слоистой полупроводниковой структуры, наноантенну формируют под действием сфокусированного электронного пучка в присутствии газа-прекурсора. Наноатенна состоит из композита платина-углерод, формируемого из газа-прекурсора C9Hi6Pt, диаметр наноантенны составляет около 150 нм, длина наноантенны составляет около длины волны лазерного излучения, в качестве материала активной области используется массив самоорганизующихся квантовых точек InAs/InGaAs, В качестве материала активной области используется многослойный массив самоорганизующихся квантовых точек InAs/InGaAs. в качестве материала волноводного слоя используется GaAs, толщина волноводного слоя составляет около 0.2 мкм. осесимметричный микрорезонатор имеет форму диска с диаметром около 6 мкм.The result is achieved due to the fact that the method of selecting optical modes in microresonators using nanoantennas includes epitaxial synthesis of a layered semiconductor structure containing a light-emitting active region and a waveguide layer that implements the selection of vertical modes, characterized in that an axisymmetric microresonator is formed by etching a layered semiconductor structure; form a nanoantenna adjacent to the outer side surface of the microcavity and elongated in a direction perpendicular to the layers of the layered semiconductor structure, the nanoantenna is formed under the action of a focused electron beam in the presence of a precursor gas. The nanoatenna consists of a platinum-carbon composite formed from a precursor gas C 9 Hi 6 Pt, the diameter of the nanoantenna is about 150 nm, the length of the nanoantenna is about the wavelength of the laser radiation, an array of self-organizing InAs / InGaAs quantum dots is used as the material of the active region, В As the material of the active region, a multilayer array of self-organizing InAs / InGaAs quantum dots is used. GaAs is used as the material of the waveguide layer; the thickness of the waveguide layer is about 0.2 μm. axisymmetric microresonator has a disk shape with a diameter of about 6 microns.
Поставленная задача решается с помощью открытого авторами настоящего изобретения способа селекции оптических мод в микрорезонаторах, включающего эпитаксиальный синтез слоистой полупроводниковой структуры, формирование осесимметричного микрорезонатора с помощью травления слоистой полупроводниковой структуры и последующего формирования под действием сфокусированного электронного пучка в присутствии газа-прекурсора наноантенны, вытянутой в направлении, перпендикулярном слоям слоистой полупроводниковой структуры и примыкающей к внешней боковой поверхности микрорезонатора.The problem is solved using the method of optical mode selection in microresonators, discovered by the authors of the present invention, including epitaxial synthesis of a layered semiconductor structure, the formation of an axisymmetric microresonator by etching a layered semiconductor structure and subsequent formation of a nanoantenna elongated in the direction of a focused electron beam in the presence of a precursor gas perpendicular to the layers of a layered semiconductor structure and adjacent to the outer side surface of the microresonator.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 схематически показаны спектры излучения многочастотного микролазера (а), а также спектры излучения одночастотного лазера, достигаемые с помощью селекции оптических мод за счет подавления боковых мод (б) и усиления доминантной моды (в);In FIG. Figure 1 schematically shows the emission spectra of a multi-frequency microlaser (a), as well as the emission spectra of a single-frequency laser, achieved by selecting optical modes by suppressing the side modes (b) and amplifying the dominant mode (c);
На фиг. 2 схематически показаны моды осесимметричного микрорезонатора;In FIG. 2 schematically shows the modes of an axisymmetric microresonator;
На фиг. 3(а-е) схематически показаны микрорезонаторы, формируемые с использованием различных известных методов селекции мод (prior art);In FIG. 3 (a-e) schematically shows microresonators formed using various known methods of mode selection (prior art);
На фиг. 4(а-в) схематически проиллюстрированы этапы изготовления микрорезонатора с селекцией мод согласно способу-прототипу.In FIG. 4 (a-c) schematically illustrates the steps for manufacturing a microcavity with mode selection according to the prototype method.
На фиг. 5(а-в) схематически проиллюстрированы этапы изготовления микрорезонатора с наноантенной с помощью заявляемого способа;In FIG. 5 (a-c) schematically illustrates the steps for manufacturing a microcavity with a nanoantenna using the proposed method;
На фиг. 6 показана полученная методом сканирующей электронной микроскопии микрофотография микрорезонатора с наноантенной, изготовленного с помощью варианта заявляемого способа;In FIG. 6 shows a micrograph of a microcavity with a nanoantenna obtained by scanning electron microscopy made using a variant of the proposed method;
На фиг. 7 показаны спектры излучения микролазеров на основе микрорезонатора с наноантенной (а), изготовленного с помощью варианта заявляемого способа, а также аналогичного микрорезонатора без наноантенны (б);In FIG. 7 shows the emission spectra of microlasers based on a microcavity with a nanoantenna (a), manufactured using a variant of the proposed method, as well as a similar microcavity without a nanoantenna (b);
На фиг. 8 показан коэффициент подавления боковых мод (а) и интенсивность лазерной моды (б) микролазеров на основе на микрорезонатора с наноантенной, изготовленного с помощью варианта заявляемого способа, а также аналогичного микрорезонатора без наноантенны.In FIG. Figure 8 shows the suppression coefficient of side modes (a) and the intensity of the laser mode (b) of microlasers based on a microcavity with a nanoantenna made using a variant of the proposed method, as well as a similar microresonator without a nanoantenna.
Открытый авторами настоящего изобретения способ селекции мод оптического микрорезонатора сочетает достоинства способа-прототипа, позволяя при этом избежать его недостатков. В основе описываемого в настоящей патентной заявке метода лежит усиление излучения лазерной моды с помощью наноантенны, примыкающей к внешней боковой поверхности микрорезонатора. Наноантенна осуществляет захват излучения лазерной моды оптического микрорезонатора и ее излучение во внешнее пространство более эффективное, чем это имеет место в микрорезонаторе без наноантенны. Это достигается за счет соответствующего выбора размеров наноантенны. Существенным также является наличие оптических потерь на границе внешней боковой поверхности микрорезонатора и наноантенны. Хотя наноантенна способна, по-видимому, захватывать излучение и боковых (не лазерных мод), наличие оптических потерь на границе приводит к подавлению нелазерных, исходно менее интенсивных, мод, а не их усилению.Discovered by the authors of the present invention, a method for selecting modes of an optical microcavity combines the advantages of the prototype method, while avoiding its disadvantages. The method described in this patent application is based on amplification of the laser mode radiation using a nanoantenna adjacent to the outer side surface of the microresonator. The nanoantenna captures the laser mode radiation of the optical microcavity and its radiation into the outer space is more efficient than that which occurs in the microcavity without the nanoantenna. This is achieved by appropriate selection of the sizes of the nanoantenna. The presence of optical losses at the boundary of the outer side surface of the microcavity and nanoantenna is also significant. Although the nanoantenna is apparently capable of capturing radiation from side (non-laser modes), the presence of optical losses at the boundary leads to suppression of non-laser, initially less intense, modes, and not their amplification.
Более детально этапы изготовления микрорезонатора с селекцией мод с помощью заявляемого способа проиллюстрированы на Фиг. 5(а-в).In more detail, the steps of manufacturing a microcavity with mode selection using the proposed method are illustrated in FIG. 5 (a-c).
На первом этапе, проиллюстрированном на Фиг. 5(a), на полупроводниковой подложке 1 происходит эпитаксиальный синтез слоистой полупроводниковой структуры 2, содержащей светоизлучающую активную область 3, помещенных в волноводный слой 4. При этом толщина волноводного слоя 4 выбирается таким образом, что вертикальное оптического ограничение реализуется только для фундаментальной вертикальной оптической моды.In a first step, illustrated in FIG. 5 (a), epitaxial synthesis of a
Слоистая полупроводниковая структура может содержать и другие слои, помимо слоев 3 и 4, например буферный слой, эмиттерные слои, контактный слой и т.д., в зависимости от используемых материалов, способа накачки активной области и метода реализации вертикального оптического ограничения.A layered semiconductor structure may contain other layers besides
Предпочтительным является использование в качестве подложки 1 подложек GaAs, ориентированных в плоскости (100), а в качестве слоистой полупроводниковой структуры 2 чередующихся полупроводниковых слоев, сформированных на основе материалов InAlGaAs. В качестве волноводного слоя 4 предпочтительно использование слоя GaAs толщиной около 0.2 мкм.It is preferable to use GaAs substrates oriented in the (100) plane as the
В качестве активной области 3 предпочтительно использовать несколько рядов самоорганизующихся квантовых точек InAs/InGaAs. Использование указанной активной области имеет ряд преимуществ по сравнению с другими типами активной области. Во-первых, возможно достижение длины волны излучения, попадающей в спектральный диапазон вблизи 1.3 мкм, который соответствует прозрачности стандартного оптического волокна, планарных волноводов на основе Si или SiGe, других материалов, что облегчает использование таких излучателей в системах оптической связи. Во-вторых, массив квантовых точек характеризуется подавленной миграцией носителей заряда в плоскости слоев, что приводит к меньшему влиянию безызлучательной рекомбинации на боковых стенках на приборные характеристики по сравнению с двумерной квантовой ямой. В-третьих, в активной области может быть последовательно осаждено несколько рядов квантовых точек, что позволяет добиться оптимального значения оптического усиления в зависимости от величины оптических потерь в лазерном резонаторе.As the
Эпитаксиальный синтез слоистой полупроводниковой структуры 2, включая активную область 3 и волноводный слой 4, может быть осуществлен с помощью метода молекулярно-пучковой эпитаксии.Epitaxial synthesis of a
На втором этапе, схематически проиллюстрированном на Фиг. 5(6), из слоистой полупроводниковой структуры 2 происходит формирование осесимметричного микрорезонатора 5 с помощью травления слоистой полупроводниковой структуры 2.In a second step, schematically illustrated in FIG. 5 (6), an
Глубину травления предпочтительно выбирать таким образом, чтобы фронт травления прошел бы сквозь волноводный слой 4, содержащий активную область 3. Это позволяет реализовать отражающую боковую поверхность для формирования мод шепчущей галереи.The etching depth is preferably selected so that the etching front passes through the
Травление может быть осуществлено с помощью известных методов, например с помощью ионно-лучевого травления ионами Аr+ в сочетании со стандартными приемами фотолитографии. Размеры микрорезонатора предпочтительно выбирать таким образом, что шероховатость боковых стенок и безызлучательная рекомбинация вблизи них не оказывали бы существенного влияния на приборные характеристики. Наклон вертикальной стенки не должен превышать 7° относительно нормали к поверхности резонатора для реализации высокой добротности резонатора. При использовании в качестве активной области массива самоорганизующихся квантовых точек InAs/InGaAs, помещенных в волноводный слой GaAs, предпочтительный диаметр микрорезонатора, формируемого ионно-лучевым травлением, составляет около 6 мкм.Etching can be carried out using known methods, for example, using ion beam etching with Ar + ions in combination with standard photolithography techniques. It is preferable to choose the dimensions of the microcavity in such a way that the roughness of the side walls and nonradiative recombination near them would not significantly affect the instrument characteristics. The inclination of the vertical wall should not exceed 7 ° relative to the normal to the surface of the resonator in order to realize a high quality factor of the resonator. When using the InAs / InGaAs self-organizing quantum dots as an active region of the array, placed in a GaAs waveguide layer, the preferred diameter of the microresonator formed by ion-beam etching is about 6 μm.
Формирование микрорезонатора может включать использование других технологических операций, например, селективного оксидирования буферного слоя AlGaAs.The formation of a microcavity may include the use of other technological operations, for example, selective oxidation of the AlGaAs buffer layer.
На третьем этапе изготовления микрорезонатора с использованием заявляемого способа, проиллюстрированном на Фиг. 5(в), происходит формирование наноантенны 8, примыкающей к внешней боковой поверхности микрорезонатора 9, вытянутой в направлении, перпендикулярном слоям слоистой полупроводниковой структуры 2.In a third step of manufacturing a microcavity using the inventive method illustrated in FIG. 5 (c), a nanoantenna 8 is formed adjacent to the outer side surface of the microresonator 9, elongated in a direction perpendicular to the layers of the
Предпочтительным является формирование антенны на основе металл-углеродных материалов под действием сфокусированного электронного пучка в присутствии газа-прекурсора. В точке фокусировки электронного пучка под действием вторичных электронов, рождаемых исходным электронным пучком, происходит разложение молекул газа-прекурсора на твердую компоненту и летучие части, удаляемые вакуумной системой. Диаметр области формирования твердого материала определяется размером области выхода вторичных электронов с поверхности образца.It is preferable to form an antenna based on metal-carbon materials under the action of a focused electron beam in the presence of a precursor gas. At the focal point of the electron beam under the action of secondary electrons generated by the original electron beam, the molecules of the precursor gas decompose into a solid component and volatile parts removed by the vacuum system. The diameter of the region of formation of solid material is determined by the size of the region of exit of secondary electrons from the surface of the sample.
Предпочтительными газом-прекурсором является C9H16Pt, который позволяет сформировать наноантенну на основе Pt-C. Для излучения с длиной волны около 1-1.3 мкм предпочтительный диаметр наноантенны составляет около 150 нм, длина наноантенны около 1 мкм.A preferred precursor gas is C 9 H 16 Pt, which allows the formation of a Pt-C based nanoantenna. For radiation with a wavelength of about 1-1.3 μm, the preferred diameter of the nanoantenna is about 150 nm, the length of the nanoantenna is about 1 μm.
ПримерExample
Эпитаксиальный синтез слоистой структуры был осуществлен методом молекулярно-пучковой эпитаксии в установке Riber 49 на полуизолирующей подложке GaAs (100). Активная область в виде пяти рядов квантовых точек InAs/InGaAs была помещена в середину волноводного слоя GaAs толщиной 0.22 мкм, ограниченного со стороны подложки слоем Al0.98Ga0.02As толщиной 400 нм. Максимум излучения основного перехода квантовых точек находился на длине волны около 1.28 мкм при комнатной температуре.Epitaxial synthesis of the layered structure was carried out by molecular beam epitaxy in the Riber 49 apparatus on a GaAs (100) semi-insulating substrate. The active region in the form of five rows of InAs / InGaAs quantum dots was placed in the middle of the GaAs waveguide layer 0.22 μm thick, bounded on the substrate side by an Al 0.98 Ga 0.02 As layer 400 nm thick. The radiation maximum of the main transition of quantum dots was at a wavelength of about 1.28 μm at room temperature.
Микродисковые резонаторы были сформированы методом фотолитографии и ионно-лучевого травления (Аr+). Внешний диаметр микрорезонаторов составил 6 мкм. Далее методом селективного окисления слой Al0.98Ga0.02As преобразовывался в слой (AlGa)xOy для формирования оптического ограничения со стороны подложки.Microdisk resonators were formed by photolithography and ion beam etching (Ar +). The outer diameter of the microresonators was 6 μm. Then, by the method of selective oxidation, the Al 0.98 Ga 0.02 As layer was transformed into the (AlGa) x O y layer to form an optical confinement on the substrate side.
Наноантенны были сформированы под действием электронного пучка в присутствии газа-прекурсора C9H16Pt в системе перекрестных лучей Carl Zeiss. В камеру сканирующего электронного микроскопа с помощью микросопел в область фокусировки электронного пучка подавался газ-прекурсор, рабочее давление в камере составляло 2*10-5 мБарр, диаметр электронного пучка 2-3 нм, ток пучка 50 пА, скорость роста Pt-C наноантенны около 160 нм/с. Наноантенна обладала поликристаллической структурой, состоящей из кристаллов платины размером 2-3 нм, распределенных в аморфной углеродной матрице.Nanoantennas were formed by the action of an electron beam in the presence of a precursor gas C 9 H 16 Pt in a Carl Zeiss cross-ray system. A precursor gas was supplied to the scanning electron microscope chamber using micropods and the focusing region of the electron beam, the working pressure in the chamber was 2 * 10 -5 mbarr, the diameter of the electron beam was 2-3 nm, the beam current was 50 pA, and the growth rate of Pt-C was nanoantennas about 160 nm / s. The nanoantenna had a polycrystalline structure consisting of platinum crystals 2-3 nm in size distributed in an amorphous carbon matrix.
Микрофотография микрорезонатора с наноантенной, изготовленных с помощью варианта заявляемого способа, показана на фиг. 6. Диаметр наноантенны составил 150 нм, длина 1.3 мкм.A micrograph of a microcavity with a nanoantenna made using a variant of the proposed method is shown in FIG. 6. The diameter of the nanoantenna was 150 nm, the length was 1.3 μm.
Для выявления эффекта наноантенны на лазерные характеристики также был изготовлен аналогичный микролазер, в котором, однако, наноантенна отсутствовала, а формирование включало лишь первые два этапа.To identify the effect of the nanoantenna on the laser characteristics, a similar microlaser was also made, in which, however, the nanoantenna was absent, and the formation included only the first two stages.
Оптическая накачка микролазеров осуществлялась с помощью YAG:Nd лазера, работающего на второй гармонике (532 нм). Лазерный луч возбуждающего источника фокусировался с помощью объектива Olympus LMPlan IR 100 NA 0.8 на поверхность микрорезонатора. Этот же объектив использовался для сбора сигнала. Детектирование сигнала производилось с помощью монохроматора FHR1000 и многоканального охлаждаемого InGaAs фотодетектора Horiba Symphony (разрешение 0.03 нм). Измерения проводились при комнатной температуре при различной мощности возбуждения.Optical pumping of microlasers was carried out using a YAG: Nd laser operating at the second harmonic (532 nm). The laser beam of the exciting source was focused using an
На фиг. 7(а-б) показаны спектры излучения микролазеров, один из которых имеет наноантенну (фиг. 7(a)), а другой нет (фиг. 7(б)). Как видно, у обоих микролазеров доминирующей модой является мода с длиной волны около 1277 нм. В спектрах также присутствуют дополнительные моды, из которых наиболее интенсивными являются моды, имеющие длину волны около 1290 и 1303 нм.In FIG. 7 (a-b) shows the emission spectra of microlasers, one of which has a nanoantenna (Fig. 7 (a)), and the other does not (Fig. 7 (b)). As can be seen, the mode with a wavelength of about 1277 nm is the dominant mode in both microlasers. The spectra also contain additional modes, of which the modes with the wavelengths of about 1290 and 1303 nm are the most intense.
Коэффициент подавления боковых мод представляет собой выраженное в децибелах отношение интенсивности доминантной (лазерной) моды к интенсивности наиболее интенсивной из боковых (нелазерных) мод. Чем выше коэффициент подавления боковых мод, тем более спектр излучения лазера близок к одночастотному характеру. На Фиг. 8(a) для обоих микролазеров показана зависимость коэффициента подавления боковых мод от мощности возбуждения. Из приведенных данных видно, что максимальное значение коэффициента подавления боковых мод составляет в микролазере без наноантенны 10 дБ, тогда как в микролазере, изготовленном с помощью варианта заявляемого способа селекции мод, максимальное значение коэффициента подавления боковых мод возрастает на более чем 14 дБ до 24.7 дБ.The side mode suppression coefficient is the ratio, expressed in decibels, of the intensity of the dominant (laser) mode to the intensity of the most intense of the side (non-laser) modes. The higher the suppression coefficient of the side modes, the more the laser emission spectrum is close to a single-frequency character. In FIG. 8 (a) for both microlasers, the dependence of the side mode suppression coefficient on the excitation power is shown. From the above data it is seen that the maximum value of the side mode suppression coefficient is 10 dB in a microlaser without a nanoantenna, while in a microlaser made using a variant of the proposed mode selection method, the maximum side mode suppression coefficient increases by more than 14 dB to 24.7 dB.
На фиг. 8(6) показана интенсивность лазерной моды для обоих микролазеров. Как видно, максимальная интенсивность лазерного излучения в микролазере, изготовленном с помощью варианта заявляемого способа селекции мод, превосходит максимальную интенсивность излучения микролазера без наноантенны более чем в 20 раз.In FIG. 8 (6) shows the laser mode intensity for both microlasers. As can be seen, the maximum intensity of laser radiation in a microlaser manufactured using a variant of the inventive mode selection method exceeds the maximum radiation intensity of a microlaser without a nanoantenna by more than 20 times.
Таким образом, показаны преимущества заявляемого способа селекции оптических мод в микрорезонаторах за счет использования наноантенн, заключающиеся в увеличении коэффициента подавления боковых мод, увеличении максимальной интенсивности излучения лазерной моды, применимости способа к микролазерам, работающим при комнатной температуре с длиной волны около 1.3 мкм.Thus, the advantages of the proposed method for selecting optical modes in microcavities due to the use of nanoantennas are shown, which consist in increasing the suppression coefficient of side modes, increasing the maximum radiation intensity of the laser mode, and the applicability of the method to microlasers operating at room temperature with a wavelength of about 1.3 μm.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015151110A RU2721586C2 (en) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | Method of selecting optical modes in microresonators using nanoantibodies |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015151110A RU2721586C2 (en) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | Method of selecting optical modes in microresonators using nanoantibodies |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015151110A RU2015151110A (en) | 2017-06-01 |
| RU2015151110A3 RU2015151110A3 (en) | 2020-02-25 |
| RU2721586C2 true RU2721586C2 (en) | 2020-05-20 |
Family
ID=59031661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015151110A RU2721586C2 (en) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | Method of selecting optical modes in microresonators using nanoantibodies |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2721586C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5243609A (en) * | 1990-11-20 | 1993-09-07 | General Instrument Corporation | Laser with longitudinal mode selection |
| RU2234723C2 (en) * | 2001-10-24 | 2004-08-20 | Ковшик Александр Петрович | Method for spectral-selective conversion of modes of optical irradiation in wave-guide and apparatus for performing the same |
| US20080267244A1 (en) * | 2000-09-29 | 2008-10-30 | Donald Bennett Hilliard | Wagon wheel optical cavity and laser |
| WO2014056508A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Danmarks Tekniske Universitet | Mode selection laser |
-
2015
- 2015-11-27 RU RU2015151110A patent/RU2721586C2/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5243609A (en) * | 1990-11-20 | 1993-09-07 | General Instrument Corporation | Laser with longitudinal mode selection |
| US20080267244A1 (en) * | 2000-09-29 | 2008-10-30 | Donald Bennett Hilliard | Wagon wheel optical cavity and laser |
| RU2234723C2 (en) * | 2001-10-24 | 2004-08-20 | Ковшик Александр Петрович | Method for spectral-selective conversion of modes of optical irradiation in wave-guide and apparatus for performing the same |
| WO2014056508A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Danmarks Tekniske Universitet | Mode selection laser |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| N.V.Kryzhanovskaya et al. Control of emission spectra in quantum dot microdisk/microring laser. Optics express 22(21), 2014, 25782-25787. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015151110A (en) | 2017-06-01 |
| RU2015151110A3 (en) | 2020-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yoshida et al. | Double-lattice photonic-crystal resonators enabling high-brightness semiconductor lasers with symmetric narrow-divergence beams | |
| TWI483498B (en) | Multimode vertical-cavity surface-emitting laser arrays | |
| JP4275948B2 (en) | Controlling modes using transverse band gap structures in VCSELs | |
| JP2959902B2 (en) | Semiconductor laser, device having the same, and method of manufacturing the same | |
| US9124062B2 (en) | Optically pumped surface emitting lasers incorporating high reflectivity/bandwidth limited reflector | |
| US20030185266A1 (en) | Folded cavity solid-state laser | |
| KR102696870B1 (en) | Nanowire laser structures and manufacturing methods | |
| US7813401B2 (en) | Electrically pumped low-threshold ultra-small photonic crystal lasers | |
| Bjorlin et al. | Long wavelength vertical-cavity semiconductor optical amplifiers | |
| JPWO2005086302A1 (en) | Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser light source | |
| TW201140976A (en) | Vertical-cavity surface-emitting lasers with non-periodic gratings | |
| US6744804B2 (en) | Edge emitting lasers using photonic crystals | |
| US7888692B2 (en) | Single photon source | |
| Kalapala et al. | Scaling challenges in high power photonic crystal surface-emitting lasers | |
| WO2021076786A1 (en) | Nanocrystal surface-emitting lasers | |
| US8989232B2 (en) | Nanoscale coaxial lasers | |
| Zhang et al. | Vertical emitting nanowire vector beam lasers | |
| Zhou et al. | The future of photonic crystal surface-emitting lasers | |
| US9543731B2 (en) | Method and device for generating short optical pulses | |
| CN107104362B (en) | Semiconductor laser diode and method for manufacturing the same | |
| RU2721586C2 (en) | Method of selecting optical modes in microresonators using nanoantibodies | |
| CN114825034B (en) | Single photon source with asymmetric micro-disc cavity optical pump | |
| JP2006173562A (en) | Surface-emitting laser device for optical communication wavelength using antimony-based material, its image forming apparatus and information relay system | |
| JPH10233559A (en) | Semiconductor laser device and its manufacture as well as optical communication system using the same | |
| Kalapala et al. | Optically pumped 1 μm low threshold photonic crystal surface emitting lasers grown on GaAs substrate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA93 | Acknowledgement of application withdrawn (no request for examination) |
Effective date: 20181128 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20191204 |
|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant |