Półprzewodniki azotkowe jako podstawa dla zielonych laserów VECSEL – przełamywanie "zielonej bariery"

Głównym celem tego projektu jest opracowanie laserów emitujących zielone światło o wysokiej jakości wiązki i dużej mocy w postaci pionowych laserów emitujących powierzchnię z rozszerzoną wnęką (VECSEL). Rozwiązując problem „zielonej przerwy”, projekt ten ma na celu stworzenie wydajnych półprzewodnikowych emiterów światła w zakresie widmowym 450–650 nm, który tradycyjnie jest trudny ze względu na różne czynniki, takie jak przejścia z przerwy bezpośredniej do pośredniej w związkach fosforku/arsenku i zwiększone odkształcenie w studniach kwantowych InGaN w półprzewodnikach azotkowych. Aby złagodzić te wyzwania, projekt ten wykorzysta niebieskie diody laserowe, znane ze swoich doskonałych parametrów, jako główne źródła światła w schemacie wzbudzenia optycznego dla VECSEL. Ta metoda zapobiega przerostowi w wysokiej temperaturze przez warstwy typu p, zachowując w ten sposób początkową jakość studni kwantowych. VECSEL-e, w przeciwieństwie do VCSEL-ów (laserów z pionową emisją powierzchniową wnęki), są pompowane optycznie, co zapewnia znaczące zalety, takie jak wysokiej jakości wiązki kołowe, skalowalną moc i możliwość integrowania nieliniowych kryształów wewnątrz wnęki w celu generowania drugiej harmonicznej. 1. Eliminacja pogorszenia jakości studni kwantowej podczas nadmiernego wzrostu typu p. 2. Uproszczenie technologii laserowej poprzez usunięcie grubych, naprężonych warstw powłokowych AlGaN, co skutkuje płaskimi strukturami epitaksjalnymi. 3. Efektywne wstrzykiwanie nośników poprzez fotogenerację w barierach kwantowych. 4. Wykorzystanie ultrawydajnych komercyjnych niebieskich diod laserowych na bazie azotku jako pomp. Projekt ten będzie realizowany w kilku pakietach roboczych, z których każdy będzie dotyczył różnych aspektów technicznych: - WP1: Epitaksjalny wzrost struktur VECSEL przy użyciu systemu epitaksji z fazy gazowej związków metaloorganicznych (MOVPE), a następnie charakterystyka za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej, transmisyjnej mikroskopii elektronowej i spektroskopii masowej jonów wtórnych. - WP2: Opracowanie metod wytwarzania wklęsłych luster na tylnej stronie płytki i powlekania ich wysoce odblaskowymi powłokami dielektrycznymi. - WP3: Rozwój technologii rozpraszania ciepła poprzez lutowanie układów scalonych na podmontażu diamentowym/SiC w celu zarządzania znaczną ilością ciepła generowanego przez struktury VECSEL. - WP4: Budowa optycznego układu pompującego do charakteryzacji urządzenia, w tym stolika próbnego z chłodnicą mikrokanałową, uchwytem o ustabilizowanej temperaturze dla lasera pompującego i różnymi systemami pomiarowymi do oceny właściwości fotoluminescencji i laserowania. Zespół projektowy składa się z doświadczonych badaczy z Instytutu Fizyki Wysokich Ciśnień, w tym prof. Piotra Perlina, dr Łucji Marony oraz kilku współpracowników i doktoranta. Członkowie zespołu mają bogate doświadczenie w zakresie półprzewodników azotkowych, właściwości optycznych i technologii laserowej, poparte licznymi publikacjami. Pomimo tego, że jest to przedsięwzięcie wysokiego ryzyka, projekt obejmuje szczegółowe strategie ograniczania ryzyka w celu rozwiązania potencjalnych wyzwań. Obejmują one dostosowanie parametrów wzrostu, wybór odpowiednich laserów pompujących i wytwarzanie wielu wariantów luster w celu optymalizacji wydajności. Ten projekt obiecuje przyspieszyć rozwój wydajnych VECSEL-ów emitujących zielone światło, przyczyniając się do szerszego celu pokonania zielonej luki i zwiększenia wydajności półprzewodnikowych emiterów światła w tym trudnym zakresie widma.