• Українська
  • English
  • Русский
ISSN 2415-3400 (Online)
ISSN 1028-821X (Print)

НАДВИПРОМІНЮВАННЯ НАНОЛАЗЕРІВ В ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ ПРОЦЕДУРАХ

Рубрика: 
ВАКУУМНА ТА ТВЕРДОТІЛЬНА ЕЛЕКТРОНІКА
Мачехін, ЮП, Курський, ЮС, Гнатенко, ОС, Ткаченко, ВА
Organization: 

Харківський національний університет радіоелектроніки
14, пр. Науки, Харків, 61166, Україна
E-mail: oleksandr.hnatenko@nure.ua
https://doi.org/10.15407/rej2018.02.061
Мова: російська
Анотація: 

Предмет і мета роботи. Предметом дослідження є надвипромінювання нанолазерів і процес його формування квантовими точками, підвищеною концентрацією не-рівноважних носіїв заряду, а також фізичні принципи роботи нанолазерів з надвипромінюванням в телекомунікаційних системах. Метою роботи є обґрунтування можливості використання нанолазерів у режимі надвипромінювання та пристроїв на їх основі для вирішення завдань передачі високошвидкісних оптичних інформаційних сигналів та задач стабілізації частоти випромінювання.

Методи та методологія роботи. Виконано огляд декількох типів нанолазерів. Зазначено, що незважаючи на створення ряду конструкцій, ще не розроблено загальну теорію стабілізації параметрів випромінювання нанолазерів, що є стримуючим фактором розвитку цього типу лазерів і їх практичного застосування. Для використання нанолазерів у інформаційно-вимірюваль-них процедурах мають бути вирішені завдання стабілізації частоти випромінювання, отримання імпульсів заданої тривалості (фемтосекундного порядку) та пікової потужності. Для забезпечення імпульсного випромінювання з необхідними параметрами автори пропонують використовувати режим надвипромінювання, який раніше був виявлений у напівпровідникових гетероструктурах і виражений в різкому зростанні потужності випромінювання. Проведений аналіз умов формування надвипромінювання в доменній структурі напівпровідників базується на теоретичній моделі опису концентрації нерівноважних носіїв (електронів та дірок) в активній області лазера.

Результати роботи. Розглянуто процес виникнення надвипромінювання в нанолазерах і можливість використання цього ефекту. Доведено, що в режимі надвипромінювання в нанолазерах формуються фемто-секундні імпульси високої пікової потужності.

Висновки. Результати проведених досліджень доводять можливість та перспективу використання нанолазерів у режимі надвипромінювання та пристроїв на їх основі для передачі високошвидкісних оптичних інфор-маційних сигналів, створення нових оптичних стан-дартів частоти і пристроїв фотоніки. Їх застосування  сприятиме розвитку нанометрології, нанотехніки, інформаційних та інших технологій. Виконано розрахунки, що доводять, що в режимі надвипромінювання
нанолазери формують фемтосекундні імпульси потуж-ністю 10,9 мкВт, що дозволяє передавати сигнал по оп-тичному волокну на дистанцію 750 м. У подальшому плануються роботи щодо збільшення потужності таких лазерів для передачі інформації на довші дистанції.
Ключові слова: генерація випромінювання, надвипромінювання, нанолазер, стабілізація частоти, фотоніка

Стаття надійшла до редакції 18.02.2018
PACS 42.55.Sa, 42.55.Px​
УДК 621.373.826
Radiofiz. elektron. 2018, 23(2): 61-68
Повний текст (PDF)
 

References: 
  1. Stockman M. I. Nanoplasmonics: past, present, and glimpse into future. Opt. Express. 2011. Vol. 19, N 22. P. 22029–22106.
  2. Hill M. T., Oei Y. S., Smalbrugge B., Zhu Y., de Vries T., van Veldhoven P. J., van Otten F. W. M., Eijkemans T. J., Turkiewicz J. P., de Waardt H., Geluk E. J., Kwon S., Lee Y., Nötzel R. and Smit M. K. Lasing in metallic-coated nanocavities. Nat. Photonics. 2007. N 1. P. 589–594.
  3. Ding K., Liu Z. C., Yin L. J., Hill M. T., Marell M. J. H., van Veldhoven P. J., Nöetzel R. and Ning C. Z. Room-temperature continuous wave lasing in deep-subwavelength metallic cavities under electrical injection. Phys. Rev. B. 2012. Vol. 85, Iss. 4. P. 041301(R). DOI:10.1103/PhysRevB.85.041301
  4. Ding K., Hill M., Liu Z., Yin L., Sahin D., van Veldhoven P., Geluk E. J., Vries T. D. and Ning C. Record Performance of a CW Metallic Subwavelength-Cavity Laser at Room Temperature. CLEO: Science and Innovations 2012 (Conference on Lasers and Electro-Optics 2012). OSA Technical Digest. San Jose, California United States, 6–11 May 2012, paper CTh4M.3.
  5. Khajavikhan M., Simic A., Katz M., Lee J. H., Slutsky B., Mizrahi M., Lomakin V., Fainman Y. Thresholdless nanoscale coaxial lasers. Nature. 2012. Vol. 482, N 7384. P. 204–207. DOI:10.1038/nature10840
  6. Planet Today, 2017. Самые маленькие в мире лазеры могут уничтожать раковые клетки. URL: http://planet-today.ru/novosti/nauka/item/71236-samye-malenkie-v-mire-lazery-mogut-unichtozhat-rakovye-kletki
  7. Lu Y. J., Wang C. Y., Kim J., Chen H. Y., Lu M. Y., Chen Y. C., Chang W. H., Chen L. J., Stockman M. I., Shih C. K., Gwo S. All-color plasmonicnanolasers with ultralow thresholds: autotuning mechanism for single-mode lasing. Nano Lett. 2014. Vol. 14, N 8. P. 4381–4388.
  8. Noginov M., Zhu G., Belgrave A., Bakker R., Shalaev V. M., Narimanov E. E., Stout S., Herz E., Suteewong T., Wiesner U. Demonstration of a spaser-based nanolaser. Nature. 2009. Vol. 460, N 7259. P. 1110–1112.
  9. Звелто О. Принципы лазеров. Пер. c англ. под ред. Т. А. Шмаонова. Изд. 4-е. Санкт-Петербург–Москва–Краснодар: Лань, 2008. 720 с.
  10. Dicke R. H. Coherence in Spontaneous Radiation Processes. Phys. Rev. 1954. Vol. 93, N 1. Р. 99–110.
  11. Карачевский Л. Я., Новиков И. И., Гордеев Н. Ю. Механизм сверхизлучения Дике в полупроводниковых гетероструктурах. Физика и техника полупроводников. 2004. T. 38, вып. 7. C. 872–876.
  12. Зайцев С. В., Гордеев Н. Ю., Graham L. A., Копчатов В. И., Карачинский Л. Я., Новиков И. И., Huffaker D. L., Копьев П. С. Сверхизлучение в полупроводниках. Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33, вып. 12. С. 1456–1461.
  13. Лебедев Д. В., Минтаиров А. М., Власов А. С., Давыдов В. Ю., Кулагина М. М., Трошков С. И., Богданов А. А., Смирнов А. Н., Gocalinska A., Juska G., Pelucchi E., Kapaldo J., Rouvimov S., Merz J. L. Лазерная генерация в микродисках с активной областью на основе решеточно-согласованных InP/AllnAs наноструктур. Журнал технической физики. 2017. Т. 87, Вып. 5. С. 1066–1071.
  14. Ankun Y., Hoang Т., Odomatall T. Real-time tunable lasings from plasmonics nanocavity arrays. Nat. Commun. 2015. Vol. 6, N 6939. 7 p. DOI: 10.1038/ncomms7939
  15. Железняков В. В. Что такое сверхизлучение. Соросовский образовательный журнал. 1997. № 4. C. 52–57.
  16. Аллен Л., Эберли Дж. Оптические резонансы и двух-уровневые атомы. Пер. с англ. под ред. В. Л. Стри-жевского. Москва: Мир, 1978. 221 с.
  17. Antimonide-Related Strained-Layer Heterostructures (Optoelectronic Properties of Semiconductors and Superlattice). 1st ed. by M. O. Manasreh (Ed.) Gordon and Breach Science Publ., 1997. 571 p.
  18. Зябловский А. А., Дорофеенко А. В., Виноградов А. П., Пухов А. А., Андрианов Е. С., Лисянский А. А. Двумерный сверхизлучающий плазмонный лазер. Проблемы современной физики. Труды 55-й научной конференции МФТИ. (19–25 ноября 2012) Москва–Долгопрудный–Жуковский: МФТИ, 2012. C. 14–15.
  19. Li H., Wolf P., Moser P., Larisch G., Lott J. A. and Bimberg D. Vertical cavity surface-emittine for optical interconnects. SPIE Newsroom. 2014. DOI:10.1117/2.1201411.005689
  20. Chin A. H., Vaddiraju S., Maslov A. V., Ning C. Z., Sunkara M. K., & Meyyappan, M. Near-infrared semiconductor subwavelength-wire laser. Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88. P. 163115 (3 p.). DOI: 10.1063/1.2198017
  21. Van Campenhout J., Rojo-Romeo P., Regreny P., Seassal C., van Thourhout D., Verstuyft S., Di Cioccio L., Fedeli J.-M., Lagahe C. and Baets R. Electrically pumped InP-based microdisk laser integrated with a nanophotonic silicon on insulator waveguide circuit. Opt. Express. 2007. Vol. 15, Iss. 11. P. 6744–6749.
  22. Gnatenko A. S., Machekhin Yu. P. Generation mode stability of a fiber ring laser. Telecommunications and Radio Engineering. 2015. Vol. 74, N 7. P. 641–647.
  23. Жуков А. Е., Крыжановская Н. В., Максимов М. В., Липовский А. А., Савельев А. В., Богданов А. А., Шостак И. И., Моисеев Э. И., Карпов Д. В., Laukkanen J., Tommila J. Лазерная генерация в микродисках сверхмалого диаметра. Физика и техника полупроводников. 2014. Т. 48, Вып.12. С. 1666–1670.
  24. Дмитриев А. Л. Оптические системы передачи информации. Учеб. пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2007. 96 c.