Исследование дисковых микролазеров и фотонных интегральных схем для оптических переключений и сенсорных элементов

Проект направлен на исследование оптических, электронных, тепловых и иных явлений, протекающих в микролазерах и родственных оптоэлектронных элементах (микрофотоприемники, волноводы и др.) на основе полупроводниковых наногетероструктур и исследование фотонных интегральных схем на основе таких микролазеров и кольцевых резонаторов для реализации быстрых оптических переключений и создания различных сенсорных элементов. Планируется решение научных задач и получение фундаментальных результатов, которые обеспечат прогресс в исследовании и разработке фотонных интегральных схем на основе микролазеров видимого и ближнего-ИК диапазонов. Также проект нацелен на расширение области применения микролазеров путем объединения различных компонент (активных и пассивных) в едином исполнении и получении новой функциональности (оптические вычисления, устройства памяти, сенсорика) с сохранением компактности при передаче и обработке сигнала. Для достижения цели проекта требуется решить спектр физических задач, направленный на управление спектральными характеристиками микролазеров (длина волны излучения, ширина спектральной линии, перестройка длины волны в требуемом диапазоне), увеличение выходной оптической мощности и стабильность выходных параметров источника излучения, сопряжение микролазеров с другими элементами интегральной схемы, получение модулированного излучения и формирование бистабильных оптических состояний, выполнение элементарных вычислительных операций и создание сенсорных устройств. Задачи проекта разделены на взаимосвязанные направления: 1. Разработка конструкции эпитаксиальной структуры на основе GaAs (излучение 1,06 – 1,31 мкм) и InP (излучение 1,55 мкм). Эпитаксиальный синтез p-i-n гетероструктур на подложках GaAs и InP. Изготовление инжекционных микролазеров с характерным размером 20-150 мкм. Тестирование характеристик при электрической накачке (вольт-, ватт- амперные зависимости), демонстрация лазерной генерации и заужения линии от тока накачки. Разработка методов уменьшения температурной зависимости длины волны одиночных микролазеров путем снижения теплового сопротивления при использовании монтажа р-контактом вниз и другими методами. Тестирование характеристик смонтированных микролазеров. 2. Исследование многочастотной генерации и генерации, протекающей через несколько квантовых оптических переходов, и методов управления спектральными характеристиками. Исследование многомодовой генерации, конкуренции мод в резонаторах и пространственных флуктуаций интенсивности выходного излучения лазеров. 3. Исследование методов спектральной селекции, совместимых с использованием микролазеров в ФИС. Исследование зависимости ширины линии от тока накачки, температуры, других параметров микролазера. Исследование различных способов спектральной перестройки. 4. Исследование модуляции излучения, динамики переключения по квантовым состояниям и бистабильных состояний в микролазерах, в том числе разработка принципов оптического кодирования информации и других приборно-ориентированных процессов, протекающих в микролазерах, работающих в режиме многоуровневой и/или многочастотной генерации. 5. Исследование микролазеров и полупроводниковых резонаторов с нарушенной симметрией, методов управление выходной мощностью лазеров, порогового тока и распределением излучения в ближнем и дальнем поле. 6. Исследование сопряжения лазеров с элементами фотонной интегральной схемы: волноводами, модуляторами и детекторами излучения. Исследование оптических переключений в парах микролазеров «ведущий - ведомый». 7. Разработка метода переноса микролазеров и микрофотодетекторов на гибкую подложку, например, утоненный кремний, исследование тепловых, пороговых и иных приборных характеристик микрооптоэлектронных приборов на гибкой подложке. 8. Исследование принципов функционирования датчиков движения, химических и биологических сенсоров.