LT6045B - Semiconductor saturable absorber mirror - Google Patents

Semiconductor saturable absorber mirror Download PDF

Info

Publication number
LT6045B
LT6045B LT2013103A LT2013103A LT6045B LT 6045 B LT6045 B LT 6045B LT 2013103 A LT2013103 A LT 2013103A LT 2013103 A LT2013103 A LT 2013103A LT 6045 B LT6045 B LT 6045B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
absorber
breg
gaasbi
mirror according
semiconductor
Prior art date
Application number
LT2013103A
Other languages
Lithuanian (lt)
Other versions
LT2013103A (en
Inventor
Ramūnas ADOMAVIČIUS
Renata Butkutė
Anton Koroliov
Arūnas KROTKUS
Vaidas PAČEBUTAS
Original Assignee
Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras filed Critical Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras
Priority to LT2013103A priority Critical patent/LT6045B/en
Publication of LT2013103A publication Critical patent/LT2013103A/en
Publication of LT6045B publication Critical patent/LT6045B/en

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

A SESAM device comprising a AIAs/GaAs or a AIOx/GaABragg mirror and asaturable absorber, formed from bismuth containing bulk semiconductor layers orquantum dots, grown on GaAs substrate. Such bismuth containing semiconductor materiais can be, for example GaAsBi, GaAsSbBi or GalnAsBi. The introduction of Bi atoms in such A3B5 group semiconductor materiais pushes the valence band energies up, while slightly influencing the positions of conduction band energies. Therefore theband width of wave lengths for which the SESAM device can be used is widened.

Description

Šis išradimas priklauso puslaidininkinių prietaisų sričiai ir yra susijęs su puslaidininkinio įsisotinančio sugėriklio veidrodžiais, ir gali būti naudojamas sinchronizuotų modų lazeriuose trumpiesiems optiniams impulsams generuoti.The present invention relates to semiconductor devices and relates to semiconductor saturable absorber mirrors and can be used in synchronous mode lasers to generate short optical pulses.

TECHNIKOS LYGISTECHNICAL LEVEL

Pasiūlyme aprašytas puslaidininkinio įsisotinančio sugėriklio veidrodis (angį.The proposal describes a semiconductor saturable absorber mirror (carbon.

Semiconductor Saturable Absorber Mirror-SESAM) ir jo gamybos technologija gali būti naudojami gaminant pasyvius puslaidininkinius optinius komponentus ir lazerių sistemas, skirtas trumpųjų optinių impulsų, generavimui. Tokie trumpi impulsai yra pritaikomi optinio ryšio technologijose, medžiagų apdirbime, medžiagotyroje ir kitose srityse.Semiconductor Saturable Absorber Mirror-SESAM) and its fabrication technology can be used to produce passive semiconductor optical components and laser systems for short-pulse generation. Such short pulses are applied in optical communication technologies, materials processing, materials science and other fields.

Trumpųjų ir ultra trumpųjų lazerinių impulsų generavimui dažnai naudojamas modų sinchronizacijos metodas. Modų sinchronizacija yra išilginių rezonatoriaus modų koherentinis superpozicionavimas. Bendrai, modų sinchronizacija yra įgyvendinama įvedant nuo laiko priklausančius rezonatoriaus nuostolius (t.y. tam tikroje rezonatoriaus vietoje, tam tikrais laiko intervalais sudarant sąlygas, kada stiprinimas viršija nuostolius. Modų sinchronizacija gali būti aktyvioji ir pasyvioji. Aktyvioji modų sinchronizacija įgyvendinama naudojant elektrooptinius, akustooptinius arba panašius elementus, arba lazeriuose, turinčiuose aukštą lazerinės terpės viršutinio lygmens gyvavimo trukmę, moduliuojant stiprinimo koeficientą. Paprastai, trumpųjų impulsų generavimui aktyviosios modų sinchronizacijos priemonės yra per lėtos bei reikalauja sparčių išorinių valdymo priemonių. Šiuo atveju pasyvioji modų sinchronizacija turi privalumų ir leidžia pasiekti geresnę tokio lazerio greitaveiką. Tai gali būti įgyvendinama patalpinant i lazerio rezonatorių [slsotinanf sugėrikli. Tokių sugėriklių sugertis, taip pat ir rezonatoriaus nuostoliai, priklauso nuo i ji krentančio impulso intensyvumo.The mode synchronization method is often used to generate short and ultra short laser pulses. Modulation synchronization is the coherent superposition of longitudinal resonator modes. In general, mode synchronization is accomplished by introducing time-dependent resonator losses (that is, at a particular resonator location, providing conditions at which amplification exceeds losses at certain time intervals. Mode synchronization can be active and passive. Active mode synchronization is implemented using electro-optical, aco , or lasers with a high lifetime of the laser medium by modulating the gain factor. Generally, short-pulse generation modes of active mode synchronization are too slow and require rapid external controls. In this case, passive mode synchronization has the advantage of allowing better performance of such a laser. This can be accomplished by placing it on a laser resonator [slsotinanf absorber. The absorption of such absorbers, as well as the losses of the resonator, depends on it of the same impulse intensity.

Įsisotinančiais sugėrikliais dažniausiai gali būti laikomi dviejų atominių lygmenų arba juostinės sandaros lygmenų sistemos medžiaga ar darinys, kuriame sugeriamos lazerinės spinduliuotės energijos srautas priklauso nuo laisvųjų būsenų, kurias gali užimti atitinkamo bangos ilgio fotonų sugerties metu sužadinami krūvininkai. Sugeriant šviesos kvantus, kurių bangos ilgis atitinka energijų skirtumą tarp sužadinto ir nesužadinto lygmens (laidumo ir valentinės juostos), medžiagos krūvininkai perkeliami i aukštesnius energijos lygmenis. Jeigu spinduliuotė pakankamai intensyvi, krūvininkų skaičius sužadintoje būsenoje didėja iki kol duotai fotono energijai visos laisvos būsenos laidumo juostoje užimamos ir tolesnis žadinimas sugeriant fotonus nebeįmanomas dėl Pauli draudimo principo - ivy ksta sugerties įslsonnlmas. Taip pat svarbu paminėti, kad dažniausiai sugėrikliai formuojami taip, kad sužadinti krūvininkai rekombinuotų nespinduliniu būdu.Saturated absorbers can usually be considered as a material or a structure of a two-atom or band-level system in which the energy of the laser radiation absorbed depends on the free states that can be occupied by the charge carriers excited by the absorption of photons of the appropriate wavelength. By absorbing light quanta with wavelengths corresponding to the difference in energy between the excited and non-excited levels (conduction and valence band), the charge carriers are transported to higher energy levels. If the radiation is sufficiently intense, the number of charge carriers in the excited state increases until the given free photon energy is occupied in the free state conduction band and further excitation by absorption of photons is no longer possible due to the Pauli prohibition principle. It is also important to note that most absorbers are formed such that excited charge carriers recombine in a non-radiation manner.

Toliau trumpai aptariama savaiminės impulsų generacijos pradžios ir impulsų stabilizavimo procesai, kai lazerio rezonatoriuje patalpinamas [sisotinantis sugėriklis. Patalpinus tOki įsisotinantį sugėriklĮ Į lazerio rezonatorių, būtų galima stebėti, kad pradėjus kaupinti aktyviąją terpę, kol lazerinės spinduliuotės krentančios j sugėriklĮ intensyvumas yra mažas, sugėriklis yra neskaidrus, o visa krentanti spinduliuotė sugeriama. Tokiame lazerio rezonatoriuje impulsų generacija nevyktų iki tol, kol pakankamai išaugus užpildos apgrąžai ir atsitiktiniam triukšminiam signalui viršijus intensyvumą, reikalingą sugėrikliui praskaidrinti, prasidėtų savaiminis impulsų generavimas. Augant spinduliuotės intensyvumui toks sugėriklis skaidrėja ir jam Įsisotinus, pasiekiama maksimali rezonatoriaus kokybė. Tokiu būdu prasideda savaiminė pasyvi modų sinchronizacija.The following briefly discusses the processes of spontaneous pulse generation initiation and pulse stabilization when a saturating absorber is placed in a laser resonator. By placing the saturating absorber in the laser resonator, it is possible to observe that when the active medium begins to accumulate, the intensity of the incident absorber is low, the absorber is opaque and all incident radiation is absorbed. In such a laser resonator, pulse generation would not occur until spontaneous pulse generation had begun when the charge reversal and the random noise signal had exceeded the intensity required to brighten the absorber. As the intensity of radiation increases, such an absorber becomes clearer and when saturated produces maximum resonator quality. In this way, spontaneous passive mod synchronization begins.

Prasidėjus lazeriniam generavimui, sugėriklis stabilizuoja lazerio impulsus laike, mažiausiai slopi nda mas intensyviausią impulso dali ir labiausiai slopindamas priekinį ir galinį impulso frontus, kuriems sugerties nuostoliai yra didesni. Tokiu būdu impulsas daugelį kartų apeidamas lazerio rezonatorių trumpėja laike iki kol pasiekiamas nuostovus impulsų generavimas. Tada impulsai nebetrumpėja dėl laikinės rezonatoriaus optinių elementų dispersijos ir paprastai ribotos lazerio stiprinamų bangos ilgių juostos. Tokie Įsisotinantys sugėrikliai privalo pasižymėti trumpesne, nei generuojamų impulsų trukmė, sugerties atsistatymo trukme ir dideliu sugerties skerspjūviu (apie 10-16 cm2 ir didesniu). Tokių sugėriklių realizavimui ypatingai tinkamos medžiagos yra puslaidininkiai.At the onset of laser generation, the absorber stabilizes the laser pulses over time, with the least suppression of the most intense part of the pulse and the greatest suppression of the front and rear pulse fronts with higher absorption losses. In this way, the pulse, bypassing the laser resonator many times, shortens in time until a steady pulse generation is achieved. The pulses then stop short due to the temporal dispersion of the optical elements of the resonator and usually the limited wavelength band amplified by the laser. Such saturable absorbers must have a shorter than the duration of the pulses generated by the absorption recovery time and large absorption cross-section (about 10 to 16 cm 2 and higher). Particularly suitable materials for the realization of such absorbers are semiconductors.

Puslaidininkinių sugėriklių sugerties koeficiento priklausomybę nuo šviesos srauto intensyvumo galima aproksimuoti panaudojant Įsisotinančios sugerties for mulę:a(/) = -^- + anonsat·Čia a(l) sugerties koeficientas, /- šviesos srauto sat 1+isat intensyvumas, a0 - tiesinis sugerties koeficientas, anOnsat - neįsotinta sugerties koeficiento dalis, o /Sat - soties srauto intensyvumas.Semiconductor scavengers absorption coefficient dependence on the light output intensity can be approximated using bleachable for Mule: A (/) = - ^ - + a nonsat · where A (l) the absorption coefficient / - luminous flux sat 1+ ISAT intensity of a 0 - linear absorption coefficient, a nO nsat is the unsaturated part of the absorption coefficient, and / S is the saturation flux intensity.

Praktikoje minėti sugėrikliai naudojami puslaidininkinių terpių pagrindu sukurtuose jsisoūnančio sugėriklio veidrodžiuose (SESAM) (principinė schema pateikta Fig. 1), kuriuos bendruoju atveju sudaro padėklas (1), Brego veidrodis (2), Įsisotinantis sugėriklis (3), sudarytas iš vieno ar daugiau puslaidininkinių tūrinių sluoksnių ar kvantinių duobių, ir suformuotos papildomos optinės dangos (4) skirtos išvengti rezonansinės veikos ir geriau lokalizuoti elektromagnetini lauką pačiame prietaise (siekiant maksimalaus efektyvumo ir vengiant optinių pramušimų). Pirmosios SESAM konstrukcijos yra aprašytos mokslinėje U. Keller et ai. publikacijoje IEEE J. Sel.Top. Ouantum Electron. 2, 435 (1996) ir įeina i dabartinį šios srities specialistams žinomą technikos lygi. SESAM'ai formuojami pasitelkiant sluoksnių auginimą molekulinių pluoštelių epitaksijos būdu, kuri taip pat turėtų būti gerai žinoma srities specialistui.In practice, said absorbers are used in semiconductor medium based self-absorbing absorber mirrors (SESAM) (the schematic is shown in Fig. 1), which generally consists of a substrate (1), a Breg mirror (2), a saturating absorber (3) consisting of one or more semiconductors. bulk layers or quantum wells, and additional optical coatings (4) are formed to prevent resonance effects and better localize the electromagnetic field within the device itself (for maximum efficiency and avoiding optical interruptions). The first constructions of SESAM are described in U. Keller et al. in IEEE J. Sel.Top. Ouantum Electron. 2, 435 (1996) and is within the current state of the art known to those skilled in the art. SESAMs are formed by layering by molecular beam epitaxy, which should also be well known to those skilled in the art.

Didelė problema lieka kokybiškų SESAM'ų, tinkamų ilgesnių bangos ilgių (pavyzdžiui, atitinkančių optinio ryšio langus ties 1,3 ir 1,5 mikrometrais) sukūrimas. 1,3 IJm bangoms ilgiams galima panaudoti SESAM'us su sugėrikliu iš InGaAs kvantinių duobių (toks sprendimas aprašytas R. Fluck et. ai., Opt. Lett. 21, 1378 (1996». Tam reikia, kad ln dalis pasiektų apie 40 proc. Didėjant indžio koncentracijai, mažėja draustinių energijų tarpas, todėl optinės sugerties kraštas stumiasi i ilgesnių bangos ilgių sritį, Tačiau tuo pat metu ženkliai padidėja sluoksnio ir GaAs padėklo gardelių nesutapimas (40% ln atveju jis siekia 3,5%), todėl sluoksniai darosi labai [tempti, blogėja jų paviršiaus kokybė, didėja šviesos įvedimo nuostoliai. Mažesni gardelių nesutapimą bei mažesnius sluoksnių įtempius galima gauti auginant Brego veidrodžius ir InGaAs sugėriklių sluoksnius ant InP padėklų (R. Fluck et ai., Appl. Phys. Lett. 72, 3273 (1998)). Tačiau InP sistemoje užaugintiems Brego veidrodžiams yra būdingi keli trūkumai, tarp jų - mažesnis nei GaAs/AIAs atveju skirtumas tarp veidrodi sudarančių medžiagų sluoksnių lūžio rodiklių bei prastas šiluminis laidumas.A major problem remains the development of quality SESAMs suitable for longer wavelengths (for example, corresponding to optical communication windows at 1.3 and 1.5 micrometers). At 1.3 µm wavelengths, SESAMs with an absorber from InGaAs quantum pits can be used (such a solution is described by R. Fluck et al., Opt. Lett. 21, 1378 (1996). This requires that the ln portion reach about 40 percent). As the indium concentration increases, the reserve energy gap decreases, so the optical absorption edge is shifted to longer wavelengths, but at the same time, the mismatch between the layer and the GaAs substrate grid significantly increases (3.5% for 40% ln), resulting in [tension, surface quality deterioration, light loss]. Lattice mismatches and lower layer stresses can be obtained by growing Breg mirrors and InGaAs absorbers on InP substrates (R. Fluck et al., Appl. Phys. Lett. 72, 3273 ( 1998)) However, Breg mirrors grown in the InP system have several drawbacks, including a smaller difference than in the case of GaAs / AIAs, between the layers of mirror materials. low refractive indexes and poor thermal conductivity.

Kitu atveju ant GaAs padėklo ir GaAs/AIAs Brego veidrodžio buvo auginamas sugėriklis, sudarytas iš GalnNAs kvantinių duobių (toks sprendimas aprašytas V. Liverini et ai., Appl. Phys. Lett. 84, 4002 (1998) ir PCT paraiškoje nr. VV003055014). Dalies arseno atomų V-grupės kristalinėje pogardelėje pakeitimas azotu paspartina draustinių energijų tarpo mažėjimą ir padidina sugerties krašto raudoną] poslinki. Realizuotame tokio SESAM'o variante pavyko panaudoti prietaisą kietakūnio 1,3 IJm bangos ilgio lazerio modų sinchronizavimui gaunant kelių pikosekundžių trukmės optinius impulsus. Trumpesnius impulsus generuoti neleido palyginti ilgos (apie 30 ps) nepusiausvirųjų krūvininkų gyvavimo trukmės sugėriklio medžiagoje. Taip pat SESAM'ai su GalnNAs sugėrikliais netinka ilgesniems nei šis bangos ilgiams, nes azoto įvedimas didina efektinj būsenų tankj laidumo juostoje ir su juo susijusį soties optinį intensyvumą.Alternatively, an absorbent consisting of GalnNAs quantum wells was grown on a GaAs substrate and a GaAs / AIAs Breg mirror (a solution described by V. Liverini et al., Appl. Phys. Lett. 84, 4002 (1998) and PCT Application No. VV003055014). . Substitution of nitrogen with a portion of the arsenic atoms in the V-group crystalline subgroup accelerates the reduction of the bonding energy gap and increases the redshift of the absorption edge. In an embodiment of such a SESAM, the device was able to use a solid state 1.3 IJm wavelength laser mode synchronization to produce optical pulses of several picoseconds. The generation of shorter pulses was prevented by the relatively long lifetime of the unbalanced charge carriers in the absorber material. Also, SESAMs with GalnNAs absorbers are not suitable for longer wavelengths, since the introduction of nitrogen increases the density of the effective states in the conduction band and the associated optical intensity of saturation.

Sprendimai, kuriais siekiama panaikinti aukščiau aptartus trūkumus buvo pasiūlyti Kinijos patente Nr. CN 1953217, aprašančiame kvantinės duobės darinį, sudarytą iš GaNAs barjerinių sluoksnių ir GalnNAsSb kvantinės duobės sluoksnio, ir mokslinėje publikacijoje N. K. Metzger et ai., Femtosecond pulse generation around 1500nm using a GalnNAsSb SESAM, OPTICS EXPRESS, 16, 18739 (2008). Pastaruoju atveju SESAM veidrodžiai taip pat auginami naudojant GaAs epitaksijos technologiją, tačiau jo sugėriklį sudaro penkianario junginio GalnNAsSb sluoksniai. Tokio sluoksnio V-grupės pogardelėje greta As atomų yra mažesni už juos N atomai ir sunkesni už juos Sb atomai. Azoto atomų išoriniame sluoksnyje yra s-elektronai ir jie sąveikauja su junginio laidumo juostos lygmenimis, tuo tarpu Sb atomų pelektronai didžiausią įtaką turi junginio valentinės juostos sandarai. Abi šios sąveikos verčia judėti laidumo ir valentinę juostas link viena kitos ir sparčiau mažina draustinių energijų tarpą. Tačiau jos sukelia ir nepageidaujamą pašalinį efektą - laidumo ir valentinės juostos efektinių būsenų tankių augimą, kuris SESAM'e pasireiškia didindamas toms būsenoms užpildyti ir optiniam praskaidrėjimui pasiekti reikalingą lazerio pluoštelio intensyvumą. Kitas šio sprendimo trūkumas yra nepakankamai trumpos sugėriklio ats įstatymo trukmės -12 ps eilės. Nors jos leido generuoti 230 fs trukmės, 1528 nm bangos ilgio Cr4+:YAG lazerio impulsus, tolesniam lazerio impulsų trukmių mažinimui būtini sugėrikliai su mažesnėmis krūvininkų gyvavimo trukmėmis.Solutions to overcome the above disadvantages have been proposed in Chinese patent no. CN 1953217, which describes a quantum pit derivative composed of GaNAs barrier layers and GalnNAsSb quantum pit layer, and in the scientific publication NK Metzger et al. In the latter case, SESAM mirrors are also grown using GaAs epitaxial technology, but their absorber consists of layers of the five-membered compound GalnNAsSb. In such a subgroup of the V group, adjacent As atoms are smaller than N atoms and heavier than Sb atoms. Nitrogen atoms contain s-electrons in the outer layer and interact with the conduction band levels of the compound, while Sb atoms have the greatest influence on the valence band structure of the compound. Both of these interactions cause the conductivity and valence bands to move towards each other and reduce the gap energy of the resin faster. However, they also have the undesirable side effect of increasing the densities of the conduction and valence band effect states, which occur in SESAM by increasing the intensity of the laser beam needed to fill those states and achieve optical clarity. Another disadvantage of this solution is the insufficiently short order of absorber recovery time of -12 ps. Although they have allowed the generation of 230 fs Cr 15+ laser pulses at 1528 nm, further reductions in laser pulse durations require absorbers with lower charge lifetimes.

IŠRADIMO ESMĖTHE SUBSTANCE OF THE INVENTION

Šiuo išradimu siekiama išspręsti aukščiau paminėtas problemas ir sukurti SESAM prietaisą, kuris turi jsisotinantj sugėrikli, kurio charakteristikos būtų geresnės nei tradicinių tokio tipo prietaisų suformuotų su InGaAs sugėriklio sluoksniais arba užaugintų ant InP padėklų.The present invention seeks to solve the above problems and to provide a SESAM device which has a saturating absorber which has better characteristics than conventional InGaAs absorbers formed or grown on InP substrates.

Siūlomas SESAM prietaisas, sudarytas iš ant GaAs padėklo išaugintų AlAsI GaAs arba AIOx/GaAs Brego veidrodžių ir jsisotinančio sugėriklio sluoksnio, pagaminto iš bismuto turinčių puslaidininkių tūrinių sluoksnių arba kvantinių duobių, taip pakeliant valentinės juostos energijos lygmenis ir mažai įtakojant laidumo juostos energijos lygmenų padėti, išlaikant nedidelį laidumo juostos efektinį būsenų tankį, Todėl naudojant sugėriklio sluoksnyje Bi turinčią puslaidininkinę medžiagą, galima pagerinti tokius SESAM prietaiso parametrus kaip veikos spartą, pasiekiant trumpųjų impulsų generavimo veiką didesnių bangos ilgių IR srityje, esant mažesnėms legiravimo koncentracijoms, ir galima geriau parinkti jo charakteristikas konkretiems taikymams.Proposed SESAM device consisting of AlAsI GaAs or AIO x / GaAs Brego mirrors grown on a GaAs substrate and a saturated absorber layer made from bismuth-containing semiconductor bulk or quantum wells, thereby increasing the energy levels of the valence band and helping to reduce the conductivity band energy levels Therefore, the use of a semiconductor material containing the absorber layer Bi can improve the performance of the SESAM device, such as the rate of action, by achieving short-pulse generation at higher wavelengths of IR at lower doping concentrations, and can better tailor its characteristics to specific applications.

TRUMPAS BRĖŽINIŲ FIGORŲ APRAŠYMASBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING FIGURES

Norint geriau suprasti išradimą ir įvertinti jo praktinius pritaikymus, pateikiami šie aiškinamieji brėžiniai. Brėžiniai pateikiami tik kaip pavyzdžiai ir jokiu būdu neriboja išradimo apimties.In order to better understand the invention and evaluate its practical applications, the following illustrative drawings are provided. The drawings are given by way of example only and in no way limit the scope of the invention.

Fig.1. SESAM principinė schema;1. SESAM principal scheme;

Fig.2. Dviejų trinarių puslaidininkinių junqinių: GaAsi.xBix ir GalnxAsi.x draustinio tarpo priklausomybės nuo junginio sąstato;FIG. Two-ternary semiconductor junior: GaAsi. x Bi x and Galn x Asi. x dependence of the reserve space on the structure of the compound;

Fig.3. Kaupinimo impulsu indukuoto optinio praskaidrėjimo priklausomybės nuo fotono energijos, išmatuotos trijuose GaAsi.xBix sluoksniuose su skirtingomis bismuto dalimis;3. Pulse-induced optical brightening dependence on photon energy measured in three GaAsi. x Bi x in layers with different parts of bismuth;

Fig.4. Indukuotojo praskaidrėjimo laikinė dinamika GaAsi.xBix sluoksnyje su 6% Bi, užaugintame ant GaAs/AIAs Brego veidrodžio, išmatuota atspindžio režime. Šviesos bangos ilgis buvo 1,1 mikrometro, vidutinė kaupinimo impulsų pluoštelių galia -190 mW;FIG. Temporal Dynamics of Induced Transfiguration GaAsi. x Bi x in the layer with 6% Bi grown on GaAs / AIAs Breg mirror measured in reflectance mode. The wavelength of the light was 1.1 micrometers, with an average storage pulse beam power of -190 mW;

Fig.5. Indukuotojo praskaidrėjimo laikinė dinamika GaAsi_xBix sluoksnyje su 6% Bi, užaugintame ant GaAs/AIAs Brego veidrodžio, išmatuota atspindžio režime. Šviesos bangos ilgis buvo 1,1 mikrometro, vidutinė kaupinimo impulsų pluoštelių galia -190 mW;FIG. A clearing of the induced temporal dynamics GaAsi_ x Bi x layer to 6% Bi, grown on a GaAs / aias Bragg mirrors, the measured reflectance mode. The wavelength of the light was 1.1 micrometers, with an average storage pulse beam power of -190 mW;

Indukuotojo praskaidrėjimo priklausomybė nuo kaupinimo pluoštelio vidutinės galios GaAs-|.xBix sluoksnyje su 6% Bi, užaugintame ant GaAs/AIAs Brego veidrodžio, išmatuota atspindžio režime. Šviesos bangos ilgis buvo 1,1 mikrometro. Punktyrinė kreivė vaizduoja teorinę aproksimaciją naudojant įsisotinančios sugerties formulę.Dependence of Induced Transparency on Average Power of GaAs- | x Bi x in the layer with 6% Bi grown on GaAs / AIAs Breg mirror measured in reflectance mode. The wavelength of the light was 1.1 micrometer. The dotted curve represents the theoretical approximation using the saturable absorption formula.

TINKAMIAUSIIGYVENDINIMO VARIANTAIPREFERRED OPTIONS

Tinkamiausiame išradimo įgyvendinimo variante, SESAM sugėriklio sluoksnį (3) sudaro medžiaga, turinti bismuto atomų. Tokie bismuto turintys puslaidininkiai gali būti GaAsBi, GaAsSbBi ar GalnAsBi. Šiuose A3B5 grupės puslaidininkiniuose junginiuose Bi atomų Įvedimas pakelia valentinės juostos energijos lygmenis, darydamas mažą įtaką laidumo juostos energijos lygmenų padėčiai. Todėl laidumo juostos defektinis būsenų tankis lieka nedidelis, panašus į GaAs laidumo juostos būsenų tankį užtikrindamas mažą sugėriklio soties srautą.In a preferred embodiment of the invention, the SESAM absorber layer (3) consists of a material containing bismuth atoms. Such bismuth-containing semiconductors may be GaAsBi, GaAsSbBi, or GalnAsBi. In these A 3 B 5 semiconductor compounds, the introduction of Bi atoms raises the energy levels of the valence band, with little effect on the position of the energy levels of the conduction band. Therefore, the defective density of the conduction band remains small, similar to that of the GaAs conduction band, resulting in low saturation flux of the absorber.

Reikia pabrėžti, kad GaAsBi ir kitų bismidų sugėriklio sluoksnių naudojimas suteikia unikalias galimybes gaminti infraraudonajai spinduliuotei skirtus SESAM'us ant GaAs padėklų. Eksperimentiniai GaAsBi tyrimai parodė, kad šio junginio draustinių energijų tarpas įvedant Bi mažėja labai sparčiai - po 90 meV kiekvienam įvesto Bi procentui. Todėl eg=0,8 eV galima pasiekti jau tada, kai į GaAs yra įvesta vos 10% Bi, o GaAsBi su 15% Bi draustinių energijų tarpas sumažės net iki eg=0,4 eV. Palyginimui galima pastebėti, jog trinario junginio InGaAs draustinių energijų tarpas augant In daliai mažėja kur kas lėčiau - įvedus į GaAs net 30% In, draustinių energijų tarpas sumažėja tik iki 1 eV. GaAsBi ir GalnAs junginių draustinio tarpo priklausomybės nuo sąstato pavaizduotos Fig. 2. Bi koncentracija gali būti parenkama pagal tai, kokios yra siekiamos SESAM'o charakteristikos.It should be emphasized that the use of GaAsBi and other bismid absorber layers provides unique opportunities for the production of infrared SESAMs on GaAs substrates. Experimental studies of GaAsBi have shown that the bonding energy gap of this compound decreases very rapidly during the introduction of Bi, at 90 meV for each percentage of Bi introduced. Therefore, e g = 0.8 eV can be achieved when only 10% Bi is introduced into GaAs, and GaAsBi with a 15% Bi reserve energy gap even reduces to e g = 0.4 eV. For comparison, the energy gap of the ternary compound InGaAs decreases much slower as the proportion of In grows, and as much as 30% In is introduced into GaAs, the energy gap decreases to only 1 eV. The dependence of the GaAsBi and GalnAs compounds on the structure dependence of the structure is shown in Figs. 2. Bi concentration may be selected according to the desired SESAM characteristics.

Norint geriau suvokti šio išradimo privalumus ir veikimo principus toliau pateikiamas šis pavyzdys. Pagal šio išradimo savybes buvo suformuoti GaAsi.XBix sluoksniai su skirtingomis bismuto dalimis, kaupinimo impulse išmatuotos indukuotos optinio praskaidrėjimo priklausomybės, jos pateiktos Fig. 3. Sluoksniai auginti ant pusiau izoliuojančių GaAs padėklų, visų jų storis buvo 1,5 mikrometro. Matavimuose naudoti femtosekundiniai (150 fs trukmės, 200 kHz pasikartojimo dažnio) optiniai impulsai, generuojami optinio parametrinio stiprintuvo ORPHEUS (Light Conversion); naudota optinio kaupinimo - optinio zondavimo metodika. Kaupinimo impulsų vidutinė energija buvo 1 pJ, praėjimo režime matuojamų zondavimo impulsų vidutinė energija buvo 0,05-0,1 pJ. Pagal praskaidrėjimo pradžią galima nustatyti sluoksnio draustinių energijų tarpo dydį, sluoksnis su 11 % Si efektyviai praskaidrėja ties 0,8 eV dydžio fotonų energijomis, atitinkančiomis 1500 nm bangos ilgį.In order to better understand the advantages and operating principles of the present invention, the following example is provided below. According to the features of the present invention, GaAsi was formed. X Bi x layers with different fractions of bismuth, the measured optical transduction dependences of the accumulation pulse are shown in Figs. 3. Layers were grown on semi-insulating GaAs trays, all 1.5 microns thick. Femtosecond (150 fs, 200 kHz repetition) optical pulses generated by the ORPHEUS (Light Conversion) optical parametric amplifier were used in the measurements; optical acquisition - optical probing technique was used. The average energy of the accumulation pulses was 1 pJ, and the average energy of the probing pulses measured in pass mode was 0.05-0.1 pJ. Based on the onset of transparency, the gap energy of the layer can be determined, the layer with 11% Si effectively brightens at 0.8 eV photon energy corresponding to 1500 nm.

Pažymėtina, kad krūvininkų gyvavimo trukmes bismiduose galima reguliuoti šių medžiagų sluoksnių auginimo molekulinių pluoštelių epitaksijos būdu proceso metu. Padidinus Bi molekulių srautą dalis Bi atomų patenka ne į kristalinės gardelėsIt is noteworthy that the lifetimes of the charge carriers in bismides can be regulated during the process of molecular fiber epitaxial growth of these layers. By increasing the flow of Bi molecules, some of the Bi atoms fall outside the crystalline lattice

Vgrupės elementų pogardelės mazgus, o pavyzdžiui į tarpmazgius ar j lll-grupės elementų pogardelės mazgus, kur sudaro gilius defektų lygmenis - Bij ar BiGa, atitinkamai. Šie defektai veikia kaip spartūs krūvininkų pagavimo centrai, kurie gali sumažinti jų gyvavimo trukmes iki mažesnių už 1 ps dydžių. Tokį pat efektą sukelia ir sluoksnyje susidarantys bismuto dimerai, trimerai bei iš didesnio Si atomų skaičiaus sudaryti klasteriai. Visų šių defektų tankį, o tuo pačiu ir krūvininkų gyvavimo trukmę galima keisti žeminant auginimo temperatūrą iki mažiau nei 300°C arba užaugintus sluoksnius papildomai atkaitinant aukštesnėse nei 600°C temperatūrose.Vgroup element subassembly nodes, and, for example, inter-nodes or jllllgroup element subassembly nodes, where they form deep defect levels, Bij or BiGa, respectively. These defects act as high-speed stacking centers that can reduce their lifespan to less than 1 ps. Bismuth dimers, trimers and clusters of larger Si atoms have the same effect. The density of all these defects, as well as the lifetime of the stacks, can be changed by lowering the growth temperature to less than 300 ° C or by further annealing the grown layers at temperatures above 600 ° C.

Pavyzdinė indukuotojo praskaidrėjimo laikinė dinamika GaAsi_xBix sluoksnyje su 6% Bi, užaugintame ant GaAs/AIAs Brego veidrodžio, išmatuota atspindžio režime pateikiama Fig. 4. Atitinkamai indukuotojo praskaidrėjimo priklausomybė nuo kaupinimo pluoštelio vidutinės galios, išmatuota atspindžio režime, pateikiama Fig. 5.An exemplary temporal dynamics of the induced a clearing GaAsi_ x Bi x layer to 6% Bi, grown on a GaAs / aias Bragg mirrors, the measured reflection mode, is shown in Figure. Accordingly, the dependence of the induced leaching on the average power of the acquisition beam measured in reflection mode is given in Figs. 5.

Naudodamasis aukščiau aprašytu pavyzdžiu, šios srities specialistas gali pasiūlyti ir daugiau skirtingų SESAM konstrukcijų, skirtų veikimui infraraudonosios spinduliuotės bangų ruože, tačiau šio išradimo apsauga turėtų apimti visas SESAM prietaisų variacijas, kur sugėriklio medžiagoje naudojami bismuto atomai, kurie pakelia valentinės juostos energijos lygmenis, darydami mažai įtakos laidumo juostos energijos lygmenų padėčiai, dėl ko praplatėja bangos ilgių intervalas, kuriems gali būti naudojamas aukščiau aprašytas SESAM prietaisas.Using the example described above, one of ordinary skill in the art can provide more different SESAM designs for infrared operation, but the scope of the invention should include all variations of SESAM devices that use bismuth atoms in the absorber material that raise valence band energy levels at low levels. affecting the position of the energy levels of the conduction band, which extends the wavelength range for which the SESAM device described above can be used.

Claims (6)

IŠRADIMO APIBRĖŽTISDEFINITION OF INVENTION 1. Įsisotinantis Brego veidrodis, turintis įsisotinantį sugėriklį, sudarytą iš puslaidininkinių tūrinių sluoksnių arba kvantinių duobių, besiskiriantis tuo, kad sugėriklio sluoksnis yra sudarytas iš puslaidininkinės medžiagos, turinčios bismuto atomų.1. A saturated Breg mirror having a saturable absorber consisting of semiconductor bulk layers or quantum wells, characterized in that the absorber layer is composed of a semiconductor material containing bismuth atoms. 2. {sisotinantis Brego veidrodis pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad sugėriklio medžiaga gali būti GaAsBi, GaAsSbBi ar GalnAsBi.2. A saturated Breg mirror according to claim 1, wherein the absorbent material may be GaAsBi, GaAsSbBi or GalnAsBi. 3. Įsisotinantis Brego veidrodis pagal vieną iš 1-2 punktų, besiskirianti s tuo, kad bismuto atomų procentas GaAsBi sugėriklio medžiagoje yra tarp 5 ir 15 procentų arba kinta tarp bet kurių verčių - nuo 5 iki 15 procentų ruože.Breg saturating mirror according to one of claims 1 to 2, characterized in that the percentage of bismuth atoms in the GaAsBi absorber material is between 5 and 15 percent or varies between any values in the range of 5 to 15 percent. 4. Įsisotinantis Brego veidrodis pagal vieną iš 1-3 punktų, besiskirianti s tuo, kad minėtas GaAsBi sugėriklis augintas temperatūroje mažesnėje nei 300°C, siekiant padidinti bismuto atomų dali sugėriklio sluoksnyje.Breg saturated mirror according to one of claims 1 to 3, characterized in that said GaAsBi absorber is grown at a temperature of less than 300 ° C to increase the proportion of the bismuth atoms in the absorber layer. 5. Įsisotinantis Brego veidrodis pagal vieną iš 1-4 punktų, besiskirianti s tuo, kad minėtas GaAsBi sugėriklis papildomai atkaitintas aukštesnėje nei 600°C temperatūroje, siekiant padidinti defektų tankį sugėriklio sluoksnyje.5. A saturated Breg mirror according to one of claims 1 to 4, characterized in that said GaAsBi absorber is additionally annealed at a temperature higher than 600 ° C to increase the defect density in the absorber layer. 6. Įsisotinantis Brego veidrodis pagal vieną iš 1-5 punktų, besiskirianti s tuo, kad jis yra pritaikytas veikti viename iš IR lazerinės spinduliuotės generavimo, duomenų perdavimo, IR laikinės skyros spektroskopijos, spinduliuotės impulsų charakterizavimo taikymų.6. The Breg saturating mirror according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is adapted to operate in one of the applications of IR laser radiation generation, data transmission, IR temporal resolution spectroscopy, radiation pulse characterization.
LT2013103A 2013-09-26 2013-09-26 Semiconductor saturable absorber mirror LT6045B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2013103A LT6045B (en) 2013-09-26 2013-09-26 Semiconductor saturable absorber mirror

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2013103A LT6045B (en) 2013-09-26 2013-09-26 Semiconductor saturable absorber mirror

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2013103A LT2013103A (en) 2014-03-25
LT6045B true LT6045B (en) 2014-06-25

Family

ID=50289322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2013103A LT6045B (en) 2013-09-26 2013-09-26 Semiconductor saturable absorber mirror

Country Status (1)

Country Link
LT (1) LT6045B (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003055014A2 (en) 2001-12-10 2003-07-03 Giga Tera Ag Semiconductor saturable absorber mirror device
CN1953217A (en) 2005-10-20 2007-04-25 中国科学院半导体研究所 Gallium arsenide-based 1.5 micron quantum well structure and its epitaxial growth method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003055014A2 (en) 2001-12-10 2003-07-03 Giga Tera Ag Semiconductor saturable absorber mirror device
CN1953217A (en) 2005-10-20 2007-04-25 中国科学院半导体研究所 Gallium arsenide-based 1.5 micron quantum well structure and its epitaxial growth method

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N.K. METZGER ET AKL: "Femtosecond pulse generation around 1500nm using a GalnNAsSb SEASAM", OPTICS EXPRESS, 2008, pages 16
R. FLUCK ET AL: "Appl. Phys. Lett,1998", pages: 72
U.KELLER: "Quantum Electron", pages: 435

Also Published As

Publication number Publication date
LT2013103A (en) 2014-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yamamoto et al. Dynamics of photoexcited carriers in ZnO epitaxial thin films
EP1867013B1 (en) Semiconductor saturable absorber reflector and method to fabricate thereof
Tamulaitis et al. Optical nonlinearities of glass doped with PbS nanocrystals
JP2008537351A (en) Saturable absorption structure
Bellancourt et al. Modelocked integrated external-cavity surface emitting laser (MIXSEL)
Rossi et al. Threshold requirements and carrier interaction effects in GaAs platelet lasers (77° K)
Savitski et al. Passive mode-locking of a Ti: Sapphire laser by InGaP quantum-dot saturable absorber
Rutz et al. 1.5 µm GaInNAs semiconductor saturable absorber for passively modelocked solid-state lasers
CN108666860A (en) A kind of semiconductor saturable absorbing mirror structure with strain compensation
Xiang et al. Broadband semiconductor saturable absorber mirrors in the 1.55-/spl mu/m wavelength range for pulse generation in fiber lasers
Tanaka et al. Spontaneous luminescence due to high density electron-hole plasma in GaAs under nano-and pico-second pulse excitation
Lederer et al. GaAs based anti-resonant Fabry–Perot saturable absorber fabricated by metal organic vapor phase epitaxy and ion implantation
LT6045B (en) Semiconductor saturable absorber mirror
Dementjev et al. Mode-locking of neodymium lasers by glasses doped with PbS nanocrystals
Okuno et al. Large optical nonlinearity and fast response time in low-temperature grown GaAs/AlAs multiple quantum wells
Lagatsky et al. PbS quantum-dot-doped glass for efficient passive mode locking in a CW Yb: KYW laser
CN208508231U (en) A kind of semiconductor saturable absorbing mirror structure
Fleischmann et al. Strained layer (111) B GaAs/InGaAs single quantum well lasers and the dependence of their characteristics upon indium composition
Grange et al. Antimonide semiconductor saturable absorber for 1.5 m
Wang et al. A passively mode-locked diode-end-pumped Nd: YAG laser with a semiconductor saturable absorber mirror grown by metal organic chemical vapour deposition
Mitra et al. Ultraviolet laser emission from optically pumped ZnO
Wiesenfeld et al. Picosecond pulse generation in optically pumped, ultrashort-cavity, InGaAsP, InP, and InGaAs film lasers
Guina et al. Semiconductor saturable absorbers with recovery time controlled through growth conditions
Alaydin et al. 2.35-μm InGaSb/GaSb SESAM
Wang et al. High damage threshold semiconductor saturable absorber mirror for fiber lasers

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20140325

FG9A Patent granted

Effective date: 20140625

MM9A Lapsed patents

Effective date: 20200926