Мощные многомодовые полупроводниковые лазеры ( λ = 976 нм) на основе асимметричных гетероструктур с расширенным волноводом и пониженной расходимостью излучения в перпендикулярной плоскости

С. О. Слипченко, А. А. Подоскин, Д. Н. Николаев, В. В. Шамахов, И. С. Шашкин, М. И. Кондратов, И. Н. Гордеев, А. Е. Гришин, А. Е. Казакова, П. С. Гаврина, К. В. Бахвалов, П. С. Копьев, Н. А. Пихтин

  • Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, Россия, 194021 С.-Петербург, Политехническая ул., 26; e-mail: SergHPL@mail.ioffe.ru
Аннотация: Исследовано влияние конструкции активной области на расходимость излучения в дальней зоне, в плоскости, перпендикулярной p – n-переходу, мощных полупроводниковых лазеров на основе асимметричных гетероструктур с расширенным волноводом толщиной 4 мкм, с одной (SQW) и двумя (DQW) квантовыми ямами InGaAs. Показано, что количество квантовых ям оказывает существенное влияние на величину расходимости, определяемую углом, захватывающим 95 % излучаемой мощности (Θ95 %). Для асимметричных гетероструктур с активной SQW-областью угловая расходимость излучения на уровне половины высоты от максимума интенсивности составила 12.9°. Экспериментально показано, что переход от SQW- к DQW-конструкции активной области приводит к увеличению значения Θ95 % с 23.2 ° до 41.8 °. Для обоих типов структур внутренние оптические потери и внутренний квантовый выход стимулированного излучения составили 0.27 см–1 и 99 % соответственно. На основе асимметричных гетероструктур с активной SQW-областью были продемонстрированы мощные полупроводниковые лазеры, излучающие в непрерывном режиме мощность 9 Вт при температуре и токе накачки: 25 °С/10 А, 55 °С/11.4 А.
    Ключевые слова: мощные полупроводниковые лазеры, угловая расходимость в перпендикулярной плоскости, дизайн активной области, угол, захватывающий 95 % излучаемой мощности.
      Поступила в редакцию: 09.11.2022
      Принята в печать: 13.02.2023
        Образец цитирования: Слипченко С.О., Подоскин А.А., Николаев Д.Н., Шамахов В.В., Шашкин И.С., Кондратов М.И., Гордеев И.Н., Гришин А.Е., Казакова А.Е., Гаврина П.С., Бахвалов К.В., Копьев П.С., Пихтин Н.А. “Мощные многомодовые полупроводниковые лазеры ( λ = 976 нм) на основе асимметричных гетероструктур с расширенным волноводом и пониженной расходимостью излучения в перпендикулярной плоскости”, Квантовая электроника, 53 (5), 374–378 (2023).

        Скачать (.pdf)

        Диэлектрические высокоотражающие зеркальные покрытия для квантовых каскадных лазеров с длиной волны излучения 4 – 5 мкм

        К. А. Подгаецкий, А. В. Лобинцов, А. И. Данилов, А. В. Иванов, М. А. Ладугин, А. А. Мармалюк, В. В. Дюделев, Д. А. Михайлов, Д. В. Чистяков, А. В. Бабичев, Г. М. Савченко, А. В. Лютецкий, С. О. Слипченко, Н. А. Пихтин, А. Г. Гладышев, И. И. Новиков, Л. Я. Карачинский, А. Ю. Егоров, Г. С. Соколовский

        • К.А.Подгаецкий, А.В.Лобинцов, А.И.Данилов, А.В.Иванов, М.А.Ладугин. АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф.Стельмаха», Росcия, 117342 Москва, ул. Введенского, 3, корп.1; e-mail: podgaetskykonstantin@yandex.ru
          А.А.Мармалюк. АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф.Стельмаха», Росcия, 117342 Москва, ул. Введенского, 3, корп.1; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Россия, 115409 Москва, Каширское ш., 31; Российский университет дружбы народов, Россия, 117198 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
          В.В.Дюделев, Д.А.Михайлов, Д.В.Чистяков, Г.М.Савченко, А.В.Лютецкий, С.О.Слипченко, Н.А.Пихтин, Г.С.Соколовский. Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе, Россия, 194021 С.-Петербург, Политехническая ул., 26
          А.В.Бабичев, А.Г.Гладышев. ООО «Коннектор Оптикс», Россия, 194292 С.-Петербург, ул. Домостроительная, 16, литер Б
          И.И.Новиков, Л.Я.Карачинский. Санкт-Петербургский национальный университет информационных технологий, механики и оптики, Россия, 197101 С.-Петербург, Кронверкский просп., 49
          А.Ю.Егоров. Санкт-Петербургский национальный университет информационных технологий, механики и оптики, Россия, 197101 С.-Петербург, Кронверкский просп., 49; Санкт-Петербургский национальный исследовательский академический университет им. Ж.И.Алфёрова РАН, Россия, 194021 С.-Петербург, ул. Хлопина, 8, корп. 3, литер А
        Аннотация: Проведен расчет диэлектрических зеркал для квантовых каскадных лазеров среднего ИК диапазона. Подобраны оптимальные материалы диэлектриков для минимизации поглощения лазерного излучения. Изготовлены образцы излучающих в спектральном диапазоне 4 – 5 мкм квантовых каскадных лазеров с различными диэлектрическими высокоотражающими зеркальными покрытиями и исследованы их характеристики. Показано, что нанесение на заднюю грань резонатора высокоотражающего покрытия Si – Si3N4 привело к увеличению выходной оптической мощности исследуемых лазеров на 71% по сравнению с контрольными образцами без покрытий. Использование покрытия Si – SiO2 позволило повысить выходную мощность излучателей на 88 %.
          Ключевые слова: квантовый каскадный лазер, высокоотражающие зеркала, выходная мощность, инфракрасный диапазон.
            Поступила в редакцию: 01.03.2023
            Принята в печать: 01.03.2023
              Образец цитирования: Подгаецкий К.А., Лобинцов А.В., Данилов А.И., Иванов А.В., Ладугин М.А., Мармалюк А.А., Дюделев В.В., Михайлов Д.А., Чистяков Д.В., Бабичев А.В., Савченко Г.М., Лютецкий А.В., Слипченко С.О., Пихтин Н.А., Гладышев А.Г., Новиков И.И., Карачинский Л.Я., Егоров А.Ю., Соколовский Г.С. “Диэлектрические высокоотражающие зеркальные покрытия для квантовых каскадных лазеров с длиной волны излучения 4 – 5 мкм”, Квантовая электроника, 53 (5), 370–373 (2023).

              Скачать (.pdf)

              Пороговые характеристики ВКР-преобразования 1.56 → 2.84 мкм в метане при широкополосной накачке мощными частотно-модулированными импульсами эрбиевого волоконного источника

              А. А. Крылов, А. В. Гладышев, Ю. П. Яценко, А. К. Сенаторов, А. Н. Колядин, А. Ф. Косолапов, М. М. Худяков, М. Е. Лихачев, И. А. Буфетов

              • Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М.Дианова РАН, Россия, 119991 Москва, ул. Вавилова, 38; e-mail: sokolak@mail.ru
              Аннотация: Исследованы пороговые характеристики ВКР-генерации на длине волны 2.84 мкм в полом револьверном световоде, заполненном метаном, в зависимости от длительности импульсов широкополосной накачки с положительной частотной модуляцией (чирпом) на длине волны 1.56 мкм. Экспериментально показано, что средний эффективный коэффициент ВКР-усиления увеличивается с 0.2 × 10–2 до 3.3 × 10–2 см/ГВт, а пороговая интенсивность накачки снижается с 36 до 1.4 ГВт/см2 с ростом эффективной длительности импульсов накачки в диапазоне 10 – 321 пс (и соответствующим безразмерным линейным чирпом ~10 – 300). Анализ пороговых характеристик показал, что ВКР-преобразование имеет высокую степень нестационарности даже при максимальной ширине огибающей импульса накачки. Согласно результатам численного моделирования влияние дисперсии и фазовой самомодуляции в полом световоде способствует существенному росту порога ВКР по энергии импульсов накачки, особенно для положительно чирпированных импульсов длительностью менее 100 пс.
                Ключевые слова: вынужденное комбинационное рассеяние, чирпированный импульс, средний ИК диапазон, полый световод, эрбиевый волоконный усилитель.
                  Поступила в редакцию: 05.12.2022
                  Принята в печать: 08.02.2023
                    Образец цитирования: Крылов А.А., Гладышев А.В., Яценко Ю.П., Сенаторов А.К., Колядин А.Н., Косолапов А.Ф., Худяков М.М., Лихачев М.Е., Буфетов И.А. “Пороговые характеристики ВКР-преобразования 1.56 → 2.84 мкм в метане при широкополосной накачке мощными частотно-модулированными импульсами эрбиевого волоконного источника”, Квантовая электроника, 53 (5), 363–369 (2023).

                    Скачать (.pdf)

                    Колоколообразные профили показателя преломления многомодовых оптических волокон и методы расчета их оптических свойств

                    В. М. Гололобов, В. С. Мотолыгин, В. В. Земляков, Гао Цзесин

                    • Российский исследовательский институт, ООО «Техкомпания Хуавей», Россия, 121614 Москва, Крылатская ул., 17; e-mail: gololobov.viktor@huawei.com
                    Аннотация: Исследуются оптические свойства многомодовых волокон, профили показателя преломления которых представлены широким классом колоколообразных аналитических функций. Рассмотрены профили, имеющие различную кривизну и описываемые такими функциями, как распределение Ферми – Дирака, гауссиан, циклоида, семейство гиперболических функций. Приведены основные подходы нахождения решения задачи на собственные значения. Дан сравнительный анализ оптических свойств набора мод волокон, а также обсуждены их преимущества и недостатки для волоконно-оптических систем передачи информации.
                      Ключевые слова: многомодовое оптическое волокно, профиль показателя преломления, модовая дисперсия.
                        Поступила в редакцию: 25.08.2022
                        Принята в печать: 19.10.2022
                          Образец цитирования: Гололобов В.М., Мотолыгин В.С., Земляков В.В., Цзесин Гао. “ Колоколообразные профили показателя преломления многомодовых оптических волокон и методы расчета их оптических свойств”, Квантовая электроника, 53 (1), 88–94 (2023).

                          Скачать (.pdf)

                          Влияние эпидермиса листьев растений на эффективность их взаимодействия с низкоинтенсивным лазерным излучением

                          Ю. Н. Кульчин, Е. П. Субботин, А. С. Холин, С. О. Кожанов, В. В. Демидчик, Ю. В. Трофимов, К. В. Ковалевский, Н. И. Субботина, А. С. Гомольский

                          • Ю.Н.Кульчин, Е.П.Субботин, А.С.Холин, С.О.Кожанов, Н.И.Субботина. Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Россия, 690041 Владивосток, ул. Радио, 5; e-mail: kulchin@iacp.dvo.ru, sale789@mail.ru
                            В.В.Демидчик. Белорусский государственный университет, Беларусь, 220030 Минск, просп. Независимости 4; e-mail: dzemidchyk@bsu.by
                            Ю.В.Трофимов. Центр светодиодных и оптоэлектронных технологий НАН Беларуси, Беларусь, 220090 Минск, ул. Логойский тракт, 20; e-mail: trofimo119@gmail.com
                            К.В.Ковалевский. Дальневосточный федеральный университет, 690922 Россия, Владивосток, о. Русский, п. Аякс; e-mail: kovalevsky.kirill@mail.ru
                            А.С.Гомольский. Передовая инженерная школа «Институт биотехнологий, биоинженерии и пищевых систем», Дальневосточный федеральный университет, 690922 Россия, Владивосток, о. Русский, п. Аякс; e-mail: gomolskii.as@dvfu.ru
                          Аннотация: Исследовано влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на оптическую анизотропию эпидермиса листьев растений. Показано, что слой растительных клеток различных культур обладает оптической активностью, способной приводить к трансформации состояния поляризации лазерного излучения и к изменению характера его взаимодействия с молекулярной системой клетки. Полученные данные позволяют утверждать, что степень поляризации может зависеть от клеточной структуры и формы клеток эпидермиса растений. Это является важным фактором взаимодействия поляризованного лазерного излучения с содержащимися в клетках листьев растений белками и ферментами, для которых характерна изомерия физических и химических свойств.
                            Ключевые слова: поляризованное лазерное излучение, анизотропия эпидермиса, листья растения, модель взаимодействия.
                              Поступила в редакцию: 07.11.2022
                              Принята в печать: 06.12.2022
                                Образец цитирования: Кульчин Ю.Н., Субботин Е.П., Холин А.С., Кожанов С.О., Демидчик В.В., Трофимов Ю.В., Ковалевский К.В., Субботина Н.И., Гомольский А.С. “Влияние эпидермиса листьев растений на эффективность их взаимодействия с низкоинтенсивным лазерным излучением”, Квантовая электроника, 53 (1), 79–87 (2023).

                                Скачать (.pdf)

                                Генерация терагерцевого излучения в легированном бором алмазе

                                В. В. Кононенко, Е. В. Заведеев, М. A. Дежкина, В. В. Булгакова, М. С. Комленок, Т. В. Кононенко, В. В. Букин, В. И. Конов, С. В. Гарнов, А. A. Хомич

                                • В.В.Кононенко, Е.В.Заведеев, М.A.Дежкина, В.В.Булгакова, М.С.Комленок, Т.В.Кононенко, В.В.Букин, В.И.Конов, С.В.Гарнов. Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Россия, 119991 Москва, ул. Вавилова, 38; e-mail: vitali.kononenko@nsc.gpi.ru
                                  А.A.Хомич. Институт радиотехники и электроники РАН, Россия, Московская обл., 141120 Фрязино, пл. Введенского, 1
                                Аннотация: Впервые продемонстрирована способность полупроводникового алмаза преобразовывать лазерное излучение ближнего ИК диапазона в терагерцевое излучение. Набор фотопроводящих антенн на основе легированных бором (~1 ppm) монокристаллических алмазов был собран и протестирован в условиях накачки ультракороткими (τopt ≈ 150 фс) импульсами излучения с длиной волны 800 нм и импульсного напряжения (τE ≈ 10 нс, Ebias ≈ 10 кВ/см). Характеристики эмиттеров, легированных бором, сравнивались с недавно реализованными алмазными антеннами, легированными азотом, которые накачивались импульсами излучения с длиной волны 400 нм, поскольку замещающий азот требует гораздо более высокой энергии кванта для однофотонного возбуждения носителей. Полученные результаты являются еще одним шагом на пути к использованию алмаза в качестве материала для высокоэффективных фотопроводящих антенн.
                                  Ключевые слова: фотопроводящие антенны, алмаз, легирование, терагерцевые источники.
                                    Поступила в редакцию: 19.12.2022
                                    Принята в печать: 19.12.2022
                                      Образец цитирования: Кононенко В.В., Заведеев Е.В., Дежкина М.A., Булгакова В.В., Комленок М.С., Кононенко Т.В., Букин В.В., Конов В.И., Гарнов С.В., Хомич А.A. “Генерация терагерцевого излучения в легированном бором алмазе”, Квантовая электроника, 53 (1), 74–78 (2023).

                                      Скачать (.pdf)

                                      Когерентные резонансы в дипольно-уширенном контуре селективного отражения от поверхности раздела прозрачный диэлектрик – атомные пары рубидия

                                      В. А. Саутенков, С. А. Саакян, А. А. Бобров, Е. В. Вильшанская, Б. Б. Зеленер

                                      • Объединенный институт высоких температур РАН, Россия, 125412 Москва, ул. Ижорская, 13, стр.2; e-mail: vsautenkov@gmail.com, saasear@gmail.com
                                      Аннотация: Обсуждены когерентные узкие резонансы в однородно уширенном контуре селективного отражения от поверхности раздела между окном кюветы и атомными парами рубидия высокой плотности, где дипольное уширение намного больше доплеровской ширины неразрешенных компонент D2-линии рубидия. Формирование когерентных резонансов вызвано когерентным рассеянием пробного и насыщающего оптических полей на осцилляциях населенностей основного и возбужденного состояний атомов на частоте биений. Ширина каждого резонанса зависит от скорости распада разности населенностей. В рамках простой модели мы нашли условия для наблюдения резонансов со спектральным профилем Лоренца. Экспериментально зарегистрированные когерентные резонансы описываются функцией Лоренца с подгоночными параметрами в виде амплитуды, ширины и спектральной подставки. В пределе нулевого оптического насыщения измеренная полуширина когерентного резонанса (HWHM) γres /2π составляет около 52 МГц, что значительно больше скорости радиационного распада возбужденного состояния 5P3/2 рубидия.
                                        Ключевые слова: атомные пары металлов, дипольное уширение, когерентное рассеяние излучения, селективное отражение.
                                          Поступила в редакцию: 30. 09.2022
                                          Принята в печать: 30.09.2022
                                            Образец цитирования: Саутенков В.А., Саакян С.А., Бобров А.А., Вильшанская Е.В., Зеленер Б.Б. “Когерентные резонансы в дипольно-уширенном контуре селективного отражения от поверхности раздела прозрачный диэлектрик – атомные пары рубидия”, Квантовая электроника, 53 (1), 69–73 (2023).

                                            Скачать (.pdf)

                                            Неустойчивость оптических фазовых и поляризационных сингулярностей высших порядков в однородной линейной среде

                                            Н. Н. Розанов

                                            • Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, Россия, 194021 С.-Петербург, Политехническая ул., 26; e-mail: nnrosanov@mail.ru
                                            Аннотация: Проанализирован характер развития неустойчивости пучков монохроматического излучения с сингулярностями высших порядков в однородной изотропной линейной среде. Проведено сравнение со случаем нелинейных сред и обсуждена возможность эксперимента.
                                              Ключевые слова: гауссовы пучки, дислокации волнового фронта, поляризационные сингулярности.
                                                Поступила в редакцию: 17. 11.2022
                                                Принята в печать: 17.11.2022
                                                  Образец цитирования: Розанов Н.Н. “Неустойчивость оптических фазовых и поляризационных сингулярностей высших порядков в однородной линейной среде”, Квантовая электроника, 53 (1), 66–68 (2023).

                                                  Скачать (.pdf)

                                                  Приближение локально-постоянного и скрещенного поля для описания излучения фотона в сильном осциллирующем электрическом поле

                                                  А. А. Миронов, Е. Г. Гельфер, А. М. Федотов

                                                  • А.А.Миронов. Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Россия, 119991 Москва, ул. Вавилова, 38; e-mail: mironov.hep@gmail.com
                                                    Е.Г.Гельфер. ELI Beamlines, Institute of Physics of the ASCR, v.v.i., Dolni Brezany, Czech Republic
                                                    А.М.Федотов. Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Россия, 115409 Москва, Каширское ш., 31
                                                  Аннотация: Рассмотрен процесс излучения фотона заряженной скалярной частицей (бесспиновый аналог электрона) в присутствии сильного переменного и однородного в пространстве электрического поля. В случае, когда излучающая частица является ультрарелятивистской, а поперечная к направлению ее движения компонента напряженности поля – достаточно большой, для вычисления амплитуды вероятности процесса, как правило, можно ограничиться приближением локально-постоянного и скрещенного поля. На примере линейно поляризованного осциллирующего электрического поля в работе проводится анализ пределов применимости данного приближения и его сопоставление с результатами численного расчета амплитуды процесса, найденной с использованием квазиклассического решения уравнения Клейна – Гордона в переменном поле.
                                                    Ключевые слова: квантовая электродинамика в сильном поле, излучение в поле лазера сверхвысокой интенсивности, нелинейный эффект Комптона, приближение локально-постоянного и скрещенного поля (LCFA).
                                                      Поступила в редакцию: 17. 10.2022
                                                      Принята в печать: 17.10.2022
                                                        Образец цитирования: Миронов А.А., Гельфер Е.Г., Федотов А.М. “ Приближение локально-постоянного и скрещенного поля для описания излучения фотона в сильном осциллирующем электрическом поле”, Квантовая электроника, 53 (1), 61–65 (2023).

                                                        Скачать (.pdf)

                                                        Световое давление бесселева пучка на сферическую частицу: аналитическое решение

                                                        Д. В. Гузатов

                                                        • Гродненский государственный университет им. Янки Купалы, Белоруссия, 230023 Гродно, ул. Ожешко, 22; e-mail: guzatov@mail.ru
                                                        Аннотация: Получены общие аналитические выражения для силы светового давления, действующей на сферическую частицу, расположенную в поле бесселева пучка. Показано, что притягивающая сила в пучке первого порядка может возникать для частиц с одновременно положительными или одновременно отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями. Установлено, что в случае внеосевого расположения частицы ее движение в поперечном сечении пучка может иметь вихревой вид. При этом частица может как смещаться к оси пучка, так и выталкиваться в сторону от нее.
                                                          Ключевые слова: бесселев пучок, рассеяние света, давление света, притягивающая сила, сферическая частица, метаматериал с отрицательным преломлением.
                                                            Поступила в редакцию: 16. 09.2022
                                                            Принята в печать: 20.10.2022
                                                              Образец цитирования: Гузатов Д.В. “ Световое давление бесселева пучка на сферическую частицу: аналитическое решение”, Квантовая электроника, 53 (1), 49–60 (2023).

                                                              Скачать (.pdf)