Новости науки 02.04.02. Лазер в форме ... микрошестеренки.

Миниатюрные лазеры нужны во множестве областей, в особенности в системах оптоволоконной связи. Стремление к повышению эффективности работы таких устройств приводит иногда к внешне достаточно забавным результатам. Так, японские ученые изготовили лазер в форме микрошестеренки.

Миниатюрные лазеры нужны во множестве областей, в особенности в системах оптоволоконной связи, где вообще идеальным является размер активной части лазера, равный поперечнику оптического волокна. Однако в этом случае становится существенным то, что отношение объема активного элемента к поверхности падает примерно пропорционально размеру элемента. Поскольку энергия накачки при равенстве прочих факторов пропорциональна объему, а выход света через боковые поверхности представляет собой чистые потери, в какой-то момент потери на спонтанное излучение через боковые грани становятся лимитирующим фактором. Для повышения эффективности работы устройства необходимо уменьшить потери.

Способы, как не допустить выхода излучения, известны. Один из них - нанести на боковую поверхность дифракционную решетку, так, чтобы в направлении возможного выхода света был эффективный максимум для отражения света обратно. Другой способ (именно он используется для лазеров в форме микроскопических дисков) - подобрать параметры так, чтобы для боковой грани осуществлялось условие полного внутреннего отражения, чтобы свет ходил внутри диска по цилиндрической поверхности без затухания.

Рис.1. a - схематическое изображение лазера, b - фотография реально изготовленной структуры, сделанная с помощью сканирующей электронной микроскопии.

Исследователям из Иокогамского университета удалось совместить оба подхода в одном приборе (рис.1.). Шляпка "гриба" представляет собой многослойную структуру из напряженных квантовых ям толщиной 5нм, барьеров толщиной 1.2 мкм и оптических согласующих слоев на основе GaInAsP. Максимум в спектре спонтанного излучения структуры приходился на 1.55 √ 1.58 мкм (было выращено несколько десятков структур), что соответствует оптимальной длине волны для оптоволоконных применений (см. об этом в нашей новости ). При помощи комбинации нескольких методов литографии высоко разрешения, используемых обычно при создании микромеханических систем, на "шляпке гриба" формировалась "бахрома". Диаметр сплошной (ненарезанной) части шляпки составлял 2.2 -3.2 мкм, а глубина выступов √ от 50 до 270 нм. Полное число полученных таким образом "штрихов" (зубьев шестеренки) на боковой поверхности изготовленного лазера составляло от 16 до 24. Тем самым на боковой поверхности создавалась отражающая решетка, которая должна была уменьшить потери на спонтанное излучение.

Характеристики изготовленных таким образом лазеров исследовались при работе с непрерывной оптической накачкой (диодный лазер с длиной волны 0.98 мкм). Возбуждающее излучение направляли на структуру непосредственно через шляпку гриба. Генерация была обнаружена на длине волны 1.60 - 1.67 мкм. При превышении порога генерации на 20 % превышение лазерного излучения над спонтанным составляло 30 дБ, а ширина линии - 0.3 нм. Пороговая плотность накачки в подобном лазере необычной формы составляет 17 мкВт, что по крайней мере вдвое ниже, чем у дисковых микролазеров без "бахромы".

перейти к началу страницы