Введение к работе
Актуальность проблемы. В различных областях науки и техники, таких как дальняя (космическая) и ближняя связь, автоматика, робототехника, медицина, геология, спектроскопия и др-, полупроводниковые лазерные диоды предпочтительнее, чем газовые или твердотельные (например YAG:Nd) лазеры вследствие малости их размеров и веса, высокой эффективности, малого энергопотребления и возможности прямой модуляции. Наиболее мощные AlGaAs/GaAs РО ДГС лазеры с квантоворазмерной активной областью и широким полосковьш контактом, изготавливаемые в настоящее время, являются источниками частично когерентного излучения с непрерывной мощностью до 4 Вт и эффективностью порядка 50%. Дальнейшее увеличение мощности излучения достигается интеграцией отдельных диодов в лазерные линейки. Такие приборы используются, в частности, в качестве источников накачки в твердотельных YAG:Nd лазерах вместо традиционных ламп-вспышек. К недостаткам мощных полупроводниковых лазеров относятся невысокая степень когерентности генерируемого излучения и сравнительно небольшой срок службы.
Фазированная лазерная решетка представляет собой одну из наиболее сложных разновидностей полупроводниковых лазеров, которая, кроме перечисленных выше достоинств, обладает также высокой степенью когерентности генерируемого излучения. Исследование механизмов оптического ограничения электромагнитной волны и влияния различных технологических факторов на устойчивую работу фазированной решетки в режиме фазовой синхронизации является важным условием создания мощного когерентного полупроводникового источника лазерного излучения.
В связи с этим тема работы, направленной на изучение механизмов деградации мощных полупроводниковых лазеров, теплового режима работы лазерных линеек, оптического ограничения электромагнитных волн в фазированных лазерных решетках, а также на разработку экономичной и воспроизводимой технологии изготовления перечисленных выше мощных источников лазерного излучения, является актуальной.
Цель и задачи работы состояли в: -разработке экономичной и воспроизводимой постростовой технологии изготовления мощных полупроводниковых лазеров, позволяющей создавать мощные лазерные линейки и фазированные лазерные решетки;
-исследовании деградации мощных AlGaAs/GaAs лазерных диодов;
-изучении взаимного теплового влияния элементов лазерной линейки;
-исследовании механизмов оптического ограничения
электромагнитных волн в фазированных лазерных решетках.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:
обнаружена связь скорости деградации мощных лазерных диодов с температурой роста А1-содержащих слоев лазерной гетероструктуры;
обнаружено, что взаимное тепловое влияние элементов лазерной линейки носит пороговый характер в зависимости от тока накачки;
установлено, что в фазированных лазерных решетках типа "мелкая меза с дополнительной изоляцией" определяющими являются два механизма ограничения электромагнитной волны за счет изменения эффективного показателя преломления: связанный с изготовлением меза-структуры и с разогревом структуры при протекании тока;
показано, что устойчивая работа фазированной лазерной решетки в режиме фазовой синхронизации достигается при реализации в решетке сильной оптической связи между элементами.
Практическая значимость работы состоит в разработке недорогой и воспроизводимой постростовой технологии изготовления мощных полупроводниковых лазеров, мощных лазерных линеек и фазированных лазерных решеток и изготовлении на основе этой технологии мощных лазерных диодов со-сроком службы 3000 - 5000 часов, лазерных линеек с мощностью излучения 25 Вт п квазинепрерывном режиме генерации и фазированных лазерных решеток с двухлепестковой диаграммой направленности излучения в дальней зоне с полушириной лепестка менее 2.
Основные научные положения, выносимые на защиту: - Скорость деградации мощных AlGaAs/GaAs лазерных диодов зависит от температуры роста А1-содержащих слоев гетероструктур, выращенных методом молекулярно - пучковой эпитаксии.
-' Взаимное тепловое влияние элементов лазерной линейки, работающей в квазинепрерывном режиме носит пороговый характер в зависимости от тока накачки.
- В фазированных лазерных решетках типа "мелкая меза с
дополнительной изоляцией" оптическое ограничение определяется
двумя механизмами изменения эффективного показателя преломления:
вследствие теплового разогрева и вследствие формирования меза-
структуры.
Практическая реализация результатов.
Мощные полупроводниковые лазерные диоды, изготовленные по разработанной постростовой технологии на основе конструкции "мелкая меза с дополнительной изоляцией", используются в:
- НИИ лазерной физики для накачки твердотельных YAG:Nd
лазеров;
- НИИЯФ МГУ им. М.В. Ломоносова для изготовления
одночастотных кольцевых чип-лазеров для научных исследований;
- АО "Милон" для изготовления офтальмокоагуляторов,
что подтверждено соответствующими актами внедрения. Планируется использование лазерных линеек для боковой накачки YAG:Nd с целью получения источников лазерного излучения высокой мощности.
Апробация работы: Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались:
- на 7-м Всесоюзном симпозиуме по молекулярно-лучевой
эпитаксии (Москва, 1988 г.);
на 6-й Европейской конференции по молекулярной эпитаксии (Tampere, Finland, 1991);
на 7-м Европейском симпозиуме по молекулярной эпитаксии (Bardonecchia, Italy, 1993);
- на 8-й международной конференции по молекулярной
эпитаксии (Osaka, Japan, 1994);
- на Международном симпозиуме SPIE (конференция OE/LASE
96) (San-Jose, USA, 1996).
Публикации: Материалы диссертации опубликованы в девяти печатных работах, из них четыре - тезисы докладов и пять статей.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 65
наименований. Основная часть работы изложена на 77 страницах машинописного текста. Работа включает 31 рисунок и 2 таблицы.
