(44-2) 05 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Моделирование режимов генерации оптического излучения в полупроводниковом волноводе с распределённой обратной связью, создаваемой волной пространственного заряда
Ю.С. Дадоенкова 1,2, И.О. Золотовский 1, И.С. Паняев 1, Д.Г. Санников 1

1 Ульяновский государственный университет,
432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, д. 42,
2 Lab-STICC (UMR 6285), CNRS, ENIB,
29238, France, Brest Cedex 3

 PDF, 1315 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-587

Страницы: 183-188.

Аннотация:
Рассмотрены усиление и генерация оптических TE-волн, возникающих на решётке, образуемой волной пространственного заряда в плоском волноводе на основе легированного донорами полупроводника (арсенида галлия). Область взаимодействия ограничена контактами с приложенным между ними постоянным электрическим полем, что в режиме подавления ганновской генерации обеспечивает появление малосигнальной периодической неоднородности. Исследованы режимы отражения и прохождения TE-мод с одинаковыми индексами через волноводную структуру в зависимости от фазовой расстройки и уровня накачки. Показано, что даже при сравнительно небольшой глубине модуляции диэлектрической проницаемости (около 10–5 ) в условиях высокой оптической накачки (при коэффициенте усиления порядка 150 см–1 ) и соответствующей отстройки от фазового синхронизма существует возможность не только усиления прямой и встречной (отражённой) оптических мод, но и их генерации. Преимуществом предлагаемой схемы по сравнению с гофрированным волноводным лазером является возможность гибкого управления параметрами динамической решётки. Полученные результаты могут быть использованы для создания полупроводниковых лазерных генераторов разностного синхронизированного оптического излучения.

Ключевые слова:
волна пространственного заряда, генерация света, полупроводник.

Цитирование:
Дадоенкова, Ю.С. Моделирование режимов генерации оптического излучения в полупроводниковом волноводе с распределённой обратной связью, создаваемой волной пространственного заряда / Ю.С. Дадоенкова, И.О. Золотовский, И.С. Паняев, Д.Г. Санников // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 2. – С. 183-188. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-587.

Благодарности:
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования в рамках выполнения работ по Государственному заданию на НИР №3.8154.2017/БЧ (Д.Г.С., И.С.П.), финансовой поддержке РФФИ, № проекта 19-42-730005 (И.С.П., И.О.З., Д.Г.С.), проекта SPEACS Регионального совета Бретани, Франция (Ю.С.Д.).

Литература:
  1. Левинштейн, М.Е. Эффект Ганна / М.Е. Левинштейн, Ю.К. Пожела, М.С. Шур. – Москва: Советское радио, 1975.
  2. Барыбин, А.А. Волны в тонкоплёночных полупроводниковых структурах с горячими электронами / А.А. Барыбин. – Москва: Наука, 1986.
  3. Шур, М.С. Современные приборы на основе арсенида галлия / М.С. Шур. – Москва: Мир, 1991.
  4. Барыбин, А.А. Перспективы интегральной электроники СВЧ / А.А. Барыбин, И.Б. Вендик, О.Г. Вендик, Б.А. Калиникос, И.Г. Мироненко, Л.Г. Тер-Мартиросян // Микроэлектроника. – 1979. – Т. 8. – С. 3-19.
  5. Proklov, V.V. The diffraction of electromagnetic waves by sound in conducting crystals / V.V. Proklov, G.N. Shkerdin, Y.V. Gulyaev // Solid State Communications. – 1972. – Vol. 10. – P. 1145-1150.
  6. Proklov, V.V. Observation of light diffraction on electronic waves in piezosemiconductors / V.V. Proklov, V.I. Mirgorodsky, G.N. Shkerdin, Y.V. Gulyaev // JETP Letters. – 1974. – Vol. 19. – P. 7-8. – DOI: 10.1016/0038-1098(74)90074-X.
  7. Ridley, B.K. The possibility of negative resistance effects in semiconductors / B.K. Ridley, T.B. Watkins // Proceedings of the Physical Society. – 1961. – Vol. 78. – P. 293-304. – DOI: 10.1088/0370-1328/78/2/315.
  8. Брыксин, В.В. Теория волн пространственного заряда в полупроводниках с отрицательной дифференциальной проводимостью / В.В. Брыксин, П. Кляйнерт, М.П. Петров // Физика твёрдого тела. – 2003. – Т. 45, № 11. – С. 1946-1954.
  9. Чайка, Г.Е. Дифракция светового излучения на волнах пространственного заряда / Г.Е. Чайка, В.Н. Мальнев, М.И. Панфилов // Оптика и Спектроскопия. – 1996. – Т. 81. – С. 481-483.
  10. Барыбин, А.А. Параметрическое взаимодействие волн пространственного заряда в тонкоплёночных полупроводниковых структурах / А.А. Барыбин, А.И. Михайлов // Журнал технической физики. – 2000. – Т. 70. – С. 48-52.
  11. Санников, Д.Г. Брэгговское отражение света на волнах пространственного заряда в полупроводниковом волноводе / Д.Г. Санников, Д.И. Семенцов // Письма в ЖТФ. – 2006. – Т. 32. – С. 68-76.
  12. Санников, Д.Г. Волноводное взаимодействие света с усиливающейся волной пространственного заряда / Д.Г. Санников, Д.И. Семенцов // Физика твёрдого тела. – 2007. – Т. 49, Вып. 3. – С. 468-472.
  13. Семенцов, Д.И. Коллинеарное взаимодействие волноводных оптических мод с усиливающейся волной пространственного заряда / Д.И. Семенцов, Д.Г. Санников // Оптика и спектроскопия. – 2007. – Т. 102. – С. 656-660.
  14. Семенцов, Д.И. Преобразование волноводных мод на усиливающейся волне пространственного заряда / Д.И. Семенцов, Д.Г. Санников, // Доклады Академии Наук. – 2008. – Т. 422, № 1. – С. 40-44.
  15. Санников, Д.Г. Коллинеарное взаимодействие света с волнами пространственного заряда в полупроводниковом волноводе / Д.Г. Санников, Д.И. Семенцов // Радиотехника и Электроника. – 2006. – Т. 51, № 6. – С. 720-727.
  16. Zhong, Y. Degenerately doped InGaBiAs:Si as a highly conductive and transparent contact material in the infrared range / Y. Zhong, P.B. Dongmo, L. Gong, S. Law, B. Chase, D. Wasserman, J.M.O. Zide // Optical Materials Express. – 2013. – Vol. 3, Issue 8. – P. 1197-1204. – DOI: 10.1364/OME.3.001197.
  17. Давыдова, Н.С. Диодные генераторы и усилители СВЧ / Н.С. Давыдова, Ю.З. Данюшевский. – Москва: Радио и связь, 1986.
  18. Кэролл, Д. СВЧ-генераторы на горячих электронах / Д. Кэролл. – Москва: Мир, 1972.
  19. Ярив, А. Квантовая электроника / А. Ярив. – Москва: Советское радио, 1980.
  20. Adams, M.J. An introduction to optical waveguides / M.J. Adams. – New York: John Wiley & Sons, 1981.
  21. Hunsperger, R.G. Integrated optics: Theory and technology / R.G. Hunsperger. – 6th ed. – New York: Springer Science+Business Media, 2009.
  22. Ярив, А. Введение в оптическую электронику / А. Ярив. – Москва: Высшая школа, 1988.
  23. Skauli, T. Improved dispersion relations for GaAs and applications to nonlinear optics / T. Skauli, P.S. Kuo, K.L. Vodo­pyanov, T.J. Pinguet, O. Levi, L.A. Eyres, J.S. Harris, M.M. Fejer, B. Gerard, L. Becouarn, E. Lallier // Journal of Applied Physics. – 2003. – Vol. 94. – P. 6447-6455. – DOI: 10.1063/1.1621740.
  24. Adachi, S. Optical dispersion relations for GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, AlxGa1-xAs, and In1-xGaxAsyP1-y / S. Adachi // Journal of Applied Physics. – 1989. – Vol. 66. – P. 6030-6040. – DOI: 10.1063/1.343580.
  25. Shur, M. GaAs devices and circuits / M. Shur. – New York: Plenum Press, 1987.
  26. Blakemore, J.S. Semiconducting and other major properties of gallium arsenide / J.S. Blakemore // Journal of Applied Physics. – 1982. – Vol. 53. – P. R123-R181. – DOI: 10.1063/1.331665.
  27. Nakamura, M. Laser oscillation in epitaxial GaAs waveguides with corrugation feedback / M. Nakamura, H.W. Yen, A. Yariv, E. Garmire, S. Somekh, H.L. Garvin, // Applied Physics Letters. – 1973. – Vol. 23. – P. 224-225. – DOI: 10.1063/1.1654867.
  28. Дадоенкова, Ю.С. Разностная генерация THz излучения на основе параметрического трехволнового взаимодействия в кристаллах CdTe и ZnTe / Ю.С. Дадоенкова, И.О. Золотовский, И.С. Паняев, Д.Г. Санников // Оптика и спектроскопия. – 2018. – Т. 124, Вып. 5. – P. 678-685. – DOI: 10.21883/OS.2018.05.45952.302-17-17.
  29. Золотовский, И.О. Генератор излучения в дальнем ИК и ТГц диапазонах на основе нелинейных метаматериалов с реализуемым отрицательным значением показателя преломления / И.О. Золотовский, Д.А. Коробко, Р.Н. Минвалиев, В.А. Остаточников // Оптика и спектроскопия. – 2014. – Т. 117, Вып. 5. – С. 847-857. DOI: 10.7868/S0030403414110257.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20