Предварительные теоретические и экспериментальные исследования

Цель: разработка новых наногетероструктурных материалов и мощных квантовых каскадных лазеров (ККЛ) спектрального диапазона 4 - 9 мкм, излучающих за счет внутризонных переходов. Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей исследуемую научно-техническую проблему. Показано, что системы объединения пучков, как ОКП (когерентных пучков), так и ОПВ (пучков с разными длинами волн), являются в настоящее время лучшей конфигурацией матриц ККЛ, обеспечивающей генерацию пучков высокой мощности при относительно высокой объемной светимости. Построена математическая модель для создания новых наногетероструктурных материалов для активной области мощных ККЛ с длиной волны генерации 4 - 9 мкм, и проведено математическое моделирование. Предложена математическая модель волновода мощного ККЛ с длиной волны генерации 4 - 9 мкм, и проведено математическое моделирование. С помощью расчетов по предложенной методике можно оценить оптимальную толщину слаболегированных волноводных слоев, при которой суммарные потери мощности будут минимальны. Разработана эскизная конструкторская документация (ЭКД) на наногетероструктуры мощных ККЛ спектрального диапазона 4 - 9 мкм. Отработаны технологические режимы формирования активной области мощных ККЛ для спектрального диапазона 4 - 9 мкм, позволяющие получать малодефектные гетероструктуры с гладкой морфологией поверхности. Проведена калибровка параметров эпитаксиальной установки для получения заданных значений по толщинам, составам и уровню легирования слоев гетероструктуры ККЛ. Изготовлены четыре наногетероструктуры мощных ККЛ для спектрального диапазона 4 - 9 мкм FTIP1_17a,b,c,d с параметрами, соответствующими описанию и требованиям технического задания. В результате исследования параметров структур показано, что отработанная технология позволяет контролируемо и воспроизводимо получать структуры ККЛ с заданными параметрами. Проведены исследования динамики перегрева структур мощных ККЛ путем изучения чирпа и градиента интенсивности оптического отклика при накачке прямоугольными импульсами электрического тока. Исследование чирпа в ККЛ позволяет определять скорость нагрева активной области ККЛ, что может быть использовано для конструирования более эффективных лазеров для получения высокой мощности выходного излучения. Проведены: исследования с целью отработки технологических приемов фотолитографии пластин наногетероструктур мощных ККЛ для формирования полосковых контактов и монтажа кристаллов мощных ККЛ на первичный теплоотвод; патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96. Показано, что разрабатываемые мощные ККЛ, излучающие в среднем инфракрасном диапазоне, отвечают современным тенденциям развития указанных объектов техники и соответствуют современному уровню в указанной области техники. Разработаны: ЭКД на мощный ККЛ спектрального диапазона 4 - 9 мкм 300 Э757.00; лабораторные технологические инструкции на процессы напыления диэлектрика на многослойные наногетероструктуры мощных ККЛ с длиной волны генерации 4 - 9 мкм, формирования омических контактов к полупроводниковым контактным слоям мощных ККЛ с длиной волны генерации 4 - 9 мкм и монтажа кристаллов мощного ККЛ.