Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»





Скачать 207.52 Kb.
НазваниеПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»
Дата публикации23.11.2014
Размер207.52 Kb.
ТипПрограмма
100-bal.ru > Физика > Программа


Министерство образования и науки Российской Федерации



УДК
ГРНТИ
Инв. №



УТВЕРЖДЕНО:




Исполнитель:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики микроструктур Российской академии наук





От имени Руководителя организации

______________/___________/
М.П.






НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
ОТЧЕТ


о выполнении 3 этапа Государственного контракта
№ 14.740.11.1134 от 30 мая 2011 г. и Дополнению от 29 марта 2012 г. № 1



Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики микроструктур Российской академии наук



Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.2.2 Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук.



Проект: Развитие новых методов и средств прецизионной спектроскопии ТГц частотного диапазона с использованием квантовых каскадных лазеров

Руководитель проекта:
______________/Вакс Владимир Лейбович

(подпись)



Нижний Новгород
2012 г.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

по Государственному контракту 14.740.11.1134 от 30 мая 2011 на выполнение поисковых научно-исследовательских работ для государственных нужд
Организация-Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики микроструктур Российской академии наук


Руководитель темы:










кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник




______________________
подпись, дата

Вакс В. Л.

Исполнители темы:










кандидат химических наук, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Домрачева Е. Г.

кандидат физико-математических наук, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Иконников А. В.

без ученой степени, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Ластовкин А. А.

кандидат физико-математических наук, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Черняева М. Б.

доктор физико-математических наук, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Панкратов А. Л.

без ученой степени, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Собакинская Е. А.

без ученой степени, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Ревин Л. С.

без ученой степени, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Приползин С. И.

без ученой степени, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Балакирев В. Ю.

без ученой степени, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Анфертьев В. А.

без ученой степени, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Шатрова Ю. С.

без ученой степени, без ученого звания




______________________
подпись, дата

Иванов А. Б.

Реферат

Отчет 22 с., 1 ч., 13 рис., 1 табл., 0 источн., 0 прил.

система фазовой автоподстройки частоты , терагерцовый частотный диапазон , квантово-каскадный лазер , спектроскопия , полупроводниковая сверхрешетка , амплитудные и фазовые шумы

В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 3 этапу Государственного контракта № 14.740.11.1134 "Развитие новых методов и средств прецизионной спектроскопии ТГц частотного диапазона с использованием квантовых каскадных лазеров" (шифр "2011-1.2.2-404-017") от 30 мая 2011 по направлению "Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук в следующих областях:- микроэлектроника; - приборостроение, основанное на новых физических принципах; - лазерные, плазменные и пучковые технологии для атомной техники" в рамках мероприятия 1.2.2 "Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук.", мероприятия 1.2 "Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук и кандидатов наук" , направления 1 "Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий." федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы.

Цель работы - Целью ПНИР является разработка физических принципов построения и реализация прецизионного источника излучения ТГц диапазона на основе квантово-каскадного лазера (ККЛ), создание на основе разработанного источника спектрометра ТГц диапазона с высокой чувствительность и спектральным разрешением, работающего на нестационарных эффектах. Целью третьего этапа являлось исследование характеристик ККЛ, определение оптимальных параметров внешней цепи, влияющих на характеристики излучения ККЛ, а также изучение механизмов перестройки и управления частотой ККЛ при изменении температуры и транспортного тока.

Измерение шумовых характеристик ККЛ в терагерцовом диапазоне частот рациональнее поводить гетеродинным методом. Такой метод предусматривает перенос спектра свободно генерирующего ККЛ из терагерцового диапазона частот в низкочастотный диапазон.

Для измерения ВАХ ККЛ используется LI - метод синхронного детектирования.

Спектроанализатор Agilent E4402B, малошумящий усилитель М42136

Цифровой осциллограф LeCroy 7100А, Стробоскопический интегратор SR280, Цифровой синхронный детектор SR830 DSP, гелиевый криостат замкнутого цикла, Калибратор-мультиметр Keithley 2400, Генератор импульсов Г5-56, Компьютер C2.66/865PE/512 Mb/GFFX5500/80Gb/DVDRW

В рамках 3-го этапа были изучены спектральные характеристики различных ККЛ.

С использованием разработанного стенда были изучены амплитудные (измеренные двумя методами) и частотные спектры ККЛ, работающего в одномодовом режиме.

Проведены исследования параметров внешней цепи (импеданса и тока), влияющих на флуктуации характеристик излучения ККЛ, с целью выявления оптимальных параметров внешней цепи для минимизации амплитудных шумов. На основании проведенных исследований разработан блок питания ККЛ.

Проведены исследования спектров излучения нескольких ККЛ для различных значений температур, различных значениях тока через структуры и в различные моменты времени импульса излучения лазера. Выявлен эффект «перекачки» интенсивности из низкочастотной в высокочастотную моду в конце импульса излучения, что может быть связано с разогревом активной области в течение импульса излучения. К подобному же эффекту приводит и увеличение тока через лазер. В начальный момент импульса излучения с увеличением тока происходит последовательное увеличение интенсивности высокочастотных мод и падение интенсивностей низкочастотных, что также связано с разогревом лазера.

На основании проведенных исследований разрабатываются методы управления частотой ККЛ.

Содержание

Введение 7

Исследование характеристик ККЛ 8

Изучение спектральных, мощностных и модуляционных характеристик ККЛ 9

Определение оптимальных параметров внешней цепи, влияющих на характеристики излучения ККЛ 11

Изучение механизмов перестройки и управления частотой ККЛ при изменении температуры и транспортного тока 15

Заключение 23

Введение

Основные характеристики лазера, наиболее важные для применения ККЛ в спектроскопии высокого разрешения, как, например, длина волны излучения, определяются не только объемными свойствами полупроводника, но и дизайном активных областей (параметрами квантовых ям и разделяющих их барьеров, степенью легирования слоев и т.д.). В такой сложной структуре большое влияние на параметры генерации оказывает температура лазерной структуры, которая определяется как температурой окружающей среды, так и разогревом лазера за счет протекания тока через структуру

Высокие значения токов накачки, а также высокое значение импеданса излучателя при низких температурах вызывают заметный разогрев чипа квантово-каскадного лазера, что является источником нестабильности как амплитудных (мощностных), так и фазовых( частотных) характеристик лазерного излучения. В связи с этим, для создания источника излучения спектрометра терагерцового частотного диапазона было необходимо проведение исследований особенностей генерации излучения квантово-каскадных лазеров (вольтамперные характеристики, спектры, излучательные и временные характеристики), кроме того, необходимо проведение исследований влияние конструкционных особенностей ККЛ на шумовые характеристики излучения ККЛ. В случае присутствия значительных флуктуаций амплитуды в сигнале ККЛ на интенсивность амплитудных шумов оказывают сильное влияние флуктуации тока во внешней цепи ККЛ и величины сопротивления внешней цепи. Оба механизма конкурируют между собой, так как большие величины импеданса входной цепи, с одной стороны, подавляют флуктуации тока, вызванные, например, источником питания, а, с другой, вносят существенные тепловые шумы во внешнюю цепь. С этой целью на разработанном и реализованном на прошлом этапе стенде были проведены прецизионные измерения спектральных характеристик квантово-каскадных лазеров.

Исследование характеристик ККЛ

В рамках 3-го этапа было проведено исследование спектральных, мощностных и модуляционных характеристик квантово-каскадных лазеров (ККЛ) с помощью разработанного на предыдущем этапе стенда.

Были проведены следующие работы:

1. Изучены спектральные, мощностные и модуляционные характеристики ККЛ

С использованием разработанного стенда были изучены ключевые характеристики: амплитудный и частотный спектр ККЛ, работающего в одномодовом режиме

2. Определены оптимальные параметры внешней цепи, влияющие на характеристики излучения ККЛ.

Было проведено изучение флуктуаций интенсивности и фазы излучения ККЛ в зависимости от статистических характеристик тока и сопротивления внешней цепи. В результате определены оптимальные параметры внешней цепи для минимизации амплитудных шумов.

3. Изучены механизмы перестройки и управления частотой ККЛ при изменении температуры и транспортного тока

Были проведены исследования диапазона и скорости перестройки частоты ККЛ под действием температуры и транспортного тока. На основании проведенного исследования разработаны методы управления частотой ККЛ.

1. Изучение спектральных, мощностных и модуляционных характеристик ККЛ

Шумы свободногенерирующего ККЛ, как и любого свободного генератора, содержат частотные и амплитудные составляющие. Как правило, частотные шумы преобладают над амплитудными.

Перед началом измерения измерительный стенд калибровался.

Измерения амплитудных шумов ККЛ проводилось двумя методами. В первом случае измерялся спектр амплитудных и частотных шумов на измерительной установке, в которой отсутствовали ограничитель и делитель частоты. Измеренный спектр на промежуточной частоте содержал как амплитудные шумы, так и частотные. Зная спектр частотных шумов, предварительно измеренный на установке, и учитывая коэффициент деления делителя частоты, вычислялся спектр амплитудных шумов. Во втором варианте измерения амплитудных шумов в тракте ПЧ после малошумящего усилителя (МШУ) устанавливался амплитудный детектор, сигнал с которого после усилителя постоянного тока (УПТ) поступал на вольтметр

Спектры амплитудных и частотных шумов свободно-генерирующего ККЛ приведены на рисунках 1, 2 соответственно.



Рис. 1. Спектр амплитудных шумов свободно-генерирующего ККЛ (ширина линии 3 МГц).



Рис.2. Спектральная плотность частотных шумов ККЛ

2. Определение оптимальных параметров внешней цепи, влияющих на характеристики излучения ККЛ.

Ключевым элементом внешней цепи, определяющим фазовые и амплитудные флуктуации излучения ККЛ, является блок питания (БП). Его влияние можно условно подразделить на два фактора:

1. Флуктуации тока питания ККЛ.

Такие флуктуации, в основном, являются следствием интенсивных тепловых шумов в цепи из-за наличия высокоомных элементов электрической схемы и отсутствием термостабилизации используемых транзисторов. При этом у ККЛ типа металл-металл имеется очень сильная зависимость частоты от величины прикладываемого тока (напряжения). Например, изменение напряжения от 13.8 до 14.5 В, то есть на 5%, вызывает сдвиг частоты порядка 1 ГГц. Тогда, при токе порядка 1А имеем изменение на уровне 5мА. Поэтому даже при такой грубой оценке, очевидно, что присутствие флуктуаций тока питания приводит к серьезным флуктуациям частоты ККЛ. Такой эффект является неприемлемым для использования ККЛ в спектроскопии высокого разрешения.

2. Наличие импеданса, определяющего эффективность положительной обратной связи при эмиссии фотонов в процессе генерации на разных этапах каскада ККЛ.

Из литературы [см, например, F.Rana, Fluctuations and Noise in Photonics and Quantum Optics, Proceedings of SPIE, Vol.5111, 257, 2003] известно, что процесс испускания фотонов на различных этапах каскада положительно коррелирован во времени. Сразу после испускания фотона на первом этапе каскада, плотность носителей и крутизна потенциала на этом этапе становится меньше, чем в среднем по объему среды. Поэтому цепь подкачивает ток для восстановления плотности носителей до средней величины. Так как другие этапы каскада связаны в единую электрическую цепь, дополнительный ток приводит к повышению вероятности эмиссии фотонов на всех этапах каскада. При этом степень положительной обратной связи существенно зависит от импеданса внешней цепи. Наличие высокого импеданса снижает способность цепи к отклику на флуктуации плотности носителей, и, таким образом, уменьшает положительную обратную связь и флуктуации излучения ККЛ. В работе [F.Rana, Fluctuations and Noise in Photonics and Quantum Optics, Proceedings of SPIE, Vol.5111, 257, 2003] продемонстрировано, что в случае малых значений импеданса внешней цепи флуктуации интенсивности излучения ККЛ могут быть практически на порядок выше флуктуаций интенсивности для больших импедансов.

Для проверки влияния параметров БП и выбора его оптимального варианта было проведено исследование амплитудных и фазовых шумов ККЛ в зависимости от типа БП. Для сравнения были использованы традиционно используемый блок питания и блок питания, созданный авторами проекта. Блок схема традиционного БП (электронный ключ) представлена на Рис.3.



Рис.3 Принципиальная схема традиционного БП.

Электронный ключ позволяет получать импульсы длительности τ = 10 мкс с частотой повторения 1 кГц и амплитудой до 20 В, а также измерять выходное напряжение и ток, проходящий через лазер.

Блок питания ККЛ, созданный в рамках проекта, home-made БП, представлен на Рис.4,5 и включает в себя генератор импульсов, блок питания и драйвер для контроля тока лазера, частоты и длительности импульсов.

Таблица 1. Основные технические характеристики:

1. Блок питания:

2. Генератор импульсов:

3. Драйвер:

Uпит  220 В

Uвых = 5 В 0.5 А; 40 В, 0.2 А.


Частота импульсов = 1 ÷10 кГц.

Длительность импульсов = 1÷ 50 мкс.

Выход ТТЛ = 50 Ом.

Пиковый ток = 5 А.

Выходное напряжение = 5 ÷ 40 В.

Вход ТТЛ = 50 Ом.


Драйвер ККЛ предназначен для питания лазера импульсами с изменяющейся длительностью (t)и скважностью (). На вход драйвера от генератора импульсов подается меандр с изменяющимися длительностью t в пределах 1мс-200 нс и  от 2 до 100. Меняя Uп от 0 до 60 В, можно изменять ток в ККЛ, который контролируется двухвходовым осциллографом, включенным в дифференциальном режиме.



Рис.4 Блок – схема home-made БП ККЛ.



Рис.5 Принципиальная схема драйвера home-made БП ККЛ.

Исследование частотных шумов ККЛ (для двух БП) производилось на измерительном стенде, разработанном на 2-м этапе данного проекта. Результаты исследований представлены на Рис.6, где красная шумовая дорожка соответствует ККЛ с home-made БП, а синяя - ККЛ с традиционным БП.



Рис.6 Спектр частотных шумов ККЛ (для двух БП): красная дорожка 1- home-made БП, синяя дорожка 2- традиционный БП.

На Рис.6. хорошо видно, что на низких частотах (до 10 кГц) спектры шумов хорошо совпадают. На высоких частотах, напротив, интенсивность шумов, соответствующая БП, собранному по традиционной схеме, больше, чем интенсивность шумов ККЛ с управлением от home-made БП. Такое различие связано с тем, что характеристики по стабильности тока (порядка 10-5) на выходе home-made БП практически на порядок лучше, чем у традиционного БП. Высокая стабильность тока home-made БП стала, в основном, результатом использования транзистора IRF 9140. Транзистор, разработанный по уникальной технологии HEXFET, сочетает в себе малое сопротивление, высокую проводимость, быстрое переключение и высокую температурную стабильность всех электрических параметров.

Спектр ККЛ на частоте 3,5 ТГц для двух БП показан на Рис.7. Очевидно, спектральная линия ККЛ с традиционным БП (розовая кривая) превышает по ширине линию генерации ККЛ с home-made БП. Кроме того, на спектре ККЛ с традиционным БП, хорошо видны флуктуации интенсивности (амплитуды) в максимуме. Очевидно, что, данный БП увеличивает как амплитудные, так и частотные шумы ККЛ. Основной причиной интенсивных фазовых шумов ККЛ, является недостаточная стабильность тока БП (например, по сравнению с home-made БП). По-видимому, причиной флуктуаций интенсивности может быть недостаточно высокий импеданс, вносимый традиционным БП в электрическую цепь ККЛ.

Таким образом, проведенные исследования показывают необходимость использования низкошумящего блока питания с достаточно высоким импедансом.



Рис.7 Спектр ККЛ на частоте 3,5 ТГц (для двух БП): розовая кривая – традиционный БП, синяя дорожка – home-made БП.

3. Изучение механизмов перестройки и управления частотой ККЛ при изменении температуры и транспортного тока

Спектральные и временные характеристики излучения ККЛ


Измерения спектров излучения ККЛ проводились с помощью фурье-спектрометра BRUKER VERTEX 80V. Излучение ККЛ через полиэтиленовое окно заводилось с интерферометр Майкельсона вакуумированного спектрометра. С выхода интерферометра излучение с помощью поворотных зеркал заводилось в световодную вставку с транспортный гелиевый сосуд Дьюара, где регистрировалось фотоприемником Ge:Ga. Импульсный сигнал с приемника детектировался строб-интегратором; выходной сигнал с интегратора поступал на АЦП фурье-спектрометра. Фурье-спектрометр осуществляет запись интерферограммы – зависимости интенсивности сигнала от положения подвижного зеркала интерферометра Майкельсона. Далее компьютер осуществляет фурье-преобразование интерферограммы в спектр сигнала. Измерения спектров излучения ККЛ проводились в режиме пошагового сканирования: зеркало интерферометра останавливалось, и производилась запись сигнала излучения, полученного в результате усреднения по заданному числу (обычно 3) импульсов, после чего зеркало перемещалось в следующую позицию. Максимальное смещение зеркала интерферометра при скане определяет спектральное разрешение, которое в данном приборе может составлять до 0.2 см-1. Измерения спектров излучения проводились при заданных температуре и токе через лазер в различные моменты времени импульса излучения.

С использованием методов фурье-спектроскопии было проведено исследование спектров излучения ККЛ диапазона 3 ТГц, связанных с разогревом лазерной структуры. Измерения проводились при температурах от 10 К до 120 К, лазер размещался в вакууме на медном хладопроводе в гелиевом криостате замкнутого цикла «RGD-1245» немецкой фирмы Oerlikon Leybold Vacuum GmbH. Для записи спектров излучения использовался фурье-спектрометр BRUKER VERTEX 80V.

На рисунке 8 представлены вольт-амперные (V-I) и излучательные (L-I, зависимость интегральной интенсивности излучения от тока) характеристики, измеренные при трех различных температурах. Видно, что стимулированное излучение лазера возникает при токе более 1.38 A.



Рис. 8. Вольт-амперные (V-I) и излучательные (L-I, зависимость интегральной интенсивности излучения от тока) характеристики, измеренные при трех различных температурах.

Спектр излучения ККЛ, измеренный при токе I = 1.38 А и Т = 13 К, представлен на рис.9. Наблюдается основная линия на частоте 96 см-1. Кроме основной линии в спектре различимы спектральные особенности, соответствующие, скорее всего, продольным модам резонатора, расположенным эквидистантно с шагом около 3 см-1. Аналогичные спектральные особенности наблюдались и при других значениях тока через лазерную структуру.



Рис.9. Спектр излучения ККЛ, измеренный при токе I = 1.38 А и Т = 13 К

На рисунке 10 представлены спектры излучения лазера для различных значений тока. Ось абсцисс - волновое число (см-1). Ось ординат - ось времени (мкс). Цветом представлена амплитуда сигнала (отн. ед.). Температура хладопровода криостата составляла Т=13 К. На рисунке спектры расположены в порядке возрастания тока через лазерную структуру слева направо I=1.38 А, I=1.45 А, I=1.8 А, I=2.2 А. Спектры при токах I=1.38 А и I=1.45 А подобны, в них наблюдается одна линия на частоте 96 см-1. Длительность импульса тока через лазер составляла 10 мкс, однако на рис. 10a,b виден длительный (около 20 мкс) спад сигнала, который обусловлен обуженной полосой усилителя сигнала приемника. При увеличении тока через лазерную структуру до 1.8 А в спектре, (рисунок 10с) помимо линии 96 см-1 , возникает линия с частотой 102 см-1. Дальнейшее увеличение тока приводило к исчезновению линии 96 см-1 и появлению более коротковолновых линий 105 см-1 и 108 см-1 (рисунок 10d). Увеличение тока приводит к повышению температуры лазерной структуры. Изменение температуры приводит также к изменению длины резонатора и эффективного показателя преломления структуры, причем показатель преломления сильно меняется. Однако, как показали наши исследования, повышение температуры на 90 К приводит к характерному сдвигу частоты моды на 5 ГГц (0.15 см-1) вниз, что много меньше спектрального разрешения в настоящем эксперименте. На рисунке 11 представлены спектры излучения ККЛ при температуре 100 К (температура хладопровода криостата). Видно, что повышение температуры не привело к изменению частоты генерации – в начале импульса по-прежнему загорается мода с частотой 96 см-1.. Также был обнаружен эффект «перекачки» интенсивности из низкочастотной в высокочастотную моду в течение импульса тока через лазер при Т = 100 К. Как видно из рис.11, при подаче тока лазерное излучение возникает на моде с частотой 96см-1. Однако через несколько мкс эта мода гаснет, а «возгорается» более высокочастотная мода 102см-1. Такая «перекачка» интенсивности излучения из низкочастотной в более высокочастотную моду связана как с падением усиления из-за разогрева лазерной структуры за время импульса генерации, так и с возросшим поглощением электромагнитного излучения в лазере на свободных носителях, которое, как известно, растёт пропорционально квадрату длины волны. В совокупности оба фактора приводят к тому, что максимум коэффициента усиления должен сдвигаться в область более высоких частот.



Рис.10. Спектры излучения лазера для различных значений тока: I=1.38 А (a), I=1.45 А (b), I=1.8 А (c), I=2.2 А (d).



Рис.11. Спектр излучения ККЛ при температуре 100 К (температура хладопровода криостата).

Обнаруженный эффект принципиально важен для спектроскопического применения квантово-каскадного лазера в качестве источника излучения, поэтому мы попробовали выяснить, насколько носит общий характер. С этой целью проведены исследования излучения другого ККЛ.

На Рис.12 представлены результаты измерения спектров излучения ККЛ 1007003_1 для различных значений температур при токе через лазер 1.6 А. Эта лазерная структура проектировалась для излучения на частоте 4.6 ТГц. Как видно из рисунка, в спектре излучения присутствуют две основные спектральные линии на частотах вблизи 144 см-1 145.5 см-1, что соответствует 4.3 ТГц. Расстояние между этими и другими более слабыми спектральными линиями, очевидно, соответствует расстоянию между продольными модами резонатора. Представленные спектры измерены в широком диапазоне температур от 7 К до 70 К. Помимо уже отмечавшегося падения интенсивности излучения при увеличении температуры, наблюдается «перекачка» интенсивности из низкочастотной в более высокочастотную моду. Последний эффект можно объяснить как падением усиления, так и возросшим поглощением электромагнитного излучения в лазере на свободных носителях, которое, как известно, растет пропорционально квадрату длины волны. В совокупности оба фактора приводят к тому, что максимум коэффициента усиления должен сдвигаться в область более высоких частот.



Рис. 12. Спектры излучения ККЛ диапазона 4 ТГц 1007003_1 при различных температурах. Измерения сделаны со спектральным разрешением 0.5 см-1 и 0.2 см-1 (high resolution)



Рис.13. Спектр ККЛ 4.6 ТГц 1007003_1.

В работе были получены также спектры излучения ККЛ при различных значениях тока через структуры и в различные моменты времени импульса излучения лазера – Рис. 13. Кривая 1 (синяя) получена при токе I1 = 1.6 А и представляет собой спектр излучения, усредненный по большей части импульса излучения (что соответствует условию измерения спектров на Рис.12). Для этого длительность выборки (длительность импульса строба) на строб-интеграторе выбиралась равной 10 мкс и начало импульса строба совпадало с моментом максимума импульса излучения. Спектры 2 и 3 измерены при том же значении тока, но при меньшей длительности строба 3 мкс. Спектр 2 соответствует начальному участку импульса излучения, т.е. начало импульса строба совпадает с максимумом импульса излучения. Спектр 3 соответствует концу импульса излучения; импульс строба был задержан на 7 мкс по сравнению с предыдущим случаем. Хорошо видно, что «интегральный» спектр 1 является, по сути, суперпозицией спектров 2 и 3. Из сопоставления спектров 2 и 3 видно, что концу импульса излучения происходит «перекачка» интенсивности из низкочастотной в высокочастотную моду, что может быть связано с разогревом активной области в течение импульса излучения. К подобному же эффекту приводит и увеличение тока через лазер. Спектры 2, 4 и 5 измерены в начальный момент импульса излучения при токах 1,5 А, 1,53А и 1,6 А. Видно, что с увеличением тока происходит последовательное увеличение интенсивности высокочастотных мод и падение интенсивностей низкочастотных, что также скорее всего связано с разогревом лазера. Другой возможной причиной высокочастотного сдвига спектра при увеличении тока, а значит и электрического поля в структуре, является «раздвижка» рабочих уровней 5 и 4, «относящихся» к соседним квантовым ямам, за счет увеличения падения напряжения на разделяющем их барьере. В результате соответственно увеличивается частота рабочего перехода, что приводит к смещению линии усиления и спектра излучения лазера.

Ширина спектральных линий, наблюдаемая в данных экспериментах, определяется спектральным разрешением фурье-спектрометра BRUKER VERTEX 80V, максимальное значение которого составляет 0.2 см-1. Для исследования механизмов перестройки частоты ККЛ (температурного, токового), параметров, влияющих на модовый состав и перестройку лазеров (длительность импульсов, скважность, напряжение питание, начальная температура лазерной структуры и др.) необходимо выполнение более прецизионных измерений мощностных и модуляционных характеристик. Необходимо добиться такого спектрального разрешения измерительной системы, чтобы ширина линии излучения не зависела от разрешения спектрометра. Перспективным видится использование фурье-спектрометра высокого (до 0,003 см-1) разрешения BOMEM DA3.36. Данный спектрометр отличается большей длинной оптического пути излучения, что приводит к ослаблению полезного сигнала на выходе спектрометра. Поэтому необходимо использовать оптическую вакуумированную систему волноводов для минимизации потерь, связанных с поглощением полезного ТГц излучения водой, пары которой присутствуют в атмосфере.

Заключение

В рамках 3-го этапа были изучены спектральные характеристики различных ККЛ.

С использованием разработанного стенда были изучены амплитудные (измеренные двумя методами) и частотные спектры ККЛ, работающего в одномодовом режиме.

Проведены исследования параметров внешней цепи (импеданса и тока), влияющих на флуктуации характеристик излучения ККЛ с целью выявления оптимальных параметров внешней цепи для минимизации амплитудных шумов. На основании проведенных исследований разработан драйвер управления ККЛ.

Проведены исследования спектров излучения нескольких ККЛ для различных значений температур, различных значениях тока через структуры и в различные моменты времени импульса излучения лазера. Выявлен эффект «перекачки» интенсивности из низкочастотной в высокочастотную моду в конце импульса излучения, что может быть связано с разогревом активной области в течение импульса излучения. К подобному же эффекту приводит и увеличение тока через лазер. В начальный момент импульса излучения с увеличением тока происходит последовательное увеличение интенсивности высокочастотных мод и падение интенсивностей низкочастотных, что также связано с разогревом лазера.

На основании проведенных исследований разрабатываются методы управления частотой ККЛ.



Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программ «Научные и...
...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «лэти» им. В. И. Ульянова (Ленина)»
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программ «Научные и...
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программ «Научные и...
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программ «Научные и...
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур ран
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет учебно-научно-производственный...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет учебно-научно-производственный...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» icon1. Банковский сектор2
Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики микроструктур Российской академии наук
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет...
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» iconПрограмма (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и...
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет...


Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
100-bal.ru
Поиск