Разработка мощных полупроводниковых лазеров в спектральном диапазоне 850-950нм для генерации коротких импульсов (1-3нс)

Объектами исследований текущего этапа являлись импульсные источники лазерного излучения на основе сильноточных ключей и мощных полупроводниковых лазеров. Целью текущего этапа являлась разработка конструкции и создание лабораторных образцов импульсных источников лазерного излучения в гибридном варианте интеграции с параметрами: пиковая мощность не менее 15 Вт, длительность импульса не более 5нс из спектрального диапазона 850-950 нм. Для достижения поставленной цели использовались методы численного моделирования, а также экспериментальные методики, которые включали технологию эпитаксиального роста методом МОС-гидридной эпитаксии, постростовые технологии формирования волноводных и контактных систем, а также экспериментальные методики исследований динамических электро-оптических характеристик объектов исследований. При выполнении работ текущего этапа были получены следующие основные результаты: (1) в рамках динамической модели впервые установлены закономерности, связывающие эффективность и мощность в режиме генерации импульсов нс-длительностей с параметрами кристаллов лазерных диодов; (2) впервые предложены и реализованы подходы для снижения расходимости излучения в дальней зоне; (3) впервые предложены технологически эффективные конструкции быстродействующих токовых ключей на основе тиристорных структур и определены оптимальные параметры конструкций для эффективной работы; (4) разработана технология МОС-гидридной эпитаксии низковольтных тиристорных структур (Al)GaAs/GaAs и постростовых технологий создания токовых ключей, что позволило впервые продемонстрировать генерацию импульсов тока нс-длительностей; (5) разработаны и исследованы образцы импульсных источников лазерного излучения в гибридном варианте интеграции на основе полупроводниковых лазеров и тиристорных токовых ключей с параметрами: пиковая мощность 30 Вт, длительность импульса 3 нс на длине волны 945 нм. Разработанные конструкции обладают лучшим набором характеристик из известных генераторов лазерных импульсов, что было подтверждено индустриальным партнером АО «НИИ Полюс». Технологичность разработанных решений обеспечивается за счет существенного снижения требований к контуру управления быстродействующими ключами, упрощению оптимальной конструкции гетероструктуры токового ключа. Дальнейшее развитие будет связано со снижением рабочих длительностей импульсов, а также реализации монолитной интеграции токового ключа и лазерной структуры при работе в режиме генерации лазерных импульсов нс-длительности