В.И. Козловский - Этапы развития - Лазеры с резонансно-периодическим усилением на полупроводниковых наноструктурах - Широкозонные наноструктуры для видимого диапазона спектра - Возможность освоения УФ области - Лазерная ЭЛТ как источник монохроматического света - Заключение Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Лаборатория ЛКН НФО Лазеры на полупроводниковых наноразмерных структурах с катодно-лучевой накачкой

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН 23 Этапы развития Предложение по созданию инверсной населенности в полупроводниках при электронной накачке N.G. Basov, Advances in Quantum Electronics, N.-Y.,Columbia Univ. Press, p.506 (1961) Н.Г. Басов, О.Н. Крохин, Ю.М. Попов, Вестник АН СССР, 3, 61 (1961) Реализация первого лазера на CdS с электронной накачкой Н.Г. Басов, О.В. Богданкевич, А.Г. Девятков, ДАН СССР, 155, 78 (1964) Предвидение лазеров с «вертикальным микрорезонатором», продольной накачкой, излучающим зеркалом Н.Г. Басов, Нобелевская лекция, 11 декабря Предложение лазерной ЭЛТ Н.Г. Басов, О.В. Богданкевич, А.С. Насибов, Авт. Свид с приоритетом от 1967 г. Патент США

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН 23 Этапы развития (продолжение) Реализация лазерной ЭЛТ Parkard I.R., Tait W.C., Dierssen G.H. Appl. Phys. Lett., 19, 338 (1971). Н.Г. Басов и др. ДАН СССР, 205, 72 (1972). Создание отпаянного прибора «Квантоскопа» ФГУП «Платан» г. Соглашение с Pricipia Optics на 20 лет с 1991 г. Макет лазерного проектора на монокристаллах, работающий при комнатной температуре ФИАН совместно с комп. Principia LightWorks Inc. CA, USA – 1999 г. Реализация первого лазера на наноструктуре ФИАН совместно с Центром волоконной оптики при ИОФ РАН – 1995 г. Реализация лазера на наноструктуре с резонансно-периодическим усилением ФИАН совместно с Технологическим центром при Университете г. Шеффилда (Великобритания) – 2004 г.

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН 23 Патенты V.I. Kozlovsky, A.S.Nasibov, Ya.K. Skasyrsky. Laser screen for a cathode- ray tube. US Patent # N.V. Derdyra,V.I. Kozlovsky. Laser screen cathode-ray tube with beam axis correction.. US Patent # V.I. Kozlovsky, A.A. Kolchin. Laser screen for a cathode-ray tube and method for making same. US Patent # , V.I. Kozlovsky, A.A. Kolchin. Method for making a laser screen for a cathode-ray tube. US Patent # , V.I. Kozlovsky. Laser screen for a cathode-ray tube and method for making same. US Patent # A.M. Akhekyan, V.I. Kozlovsky, A.S. Nasibov, M.N. Sypchenko, I.A. Krykanov. Laser screen cathode-ray tube with increased life span. US Patent , V.I. Kozlovsky, B.M. Lavrushin. Laser cathode-ray tube. US Patent # , 1997, Nov. 11, PCT Pub. Date: Jul.7, 1994; Priority Date: Dec [Ru]. A.S. Nasibov, P.V. Reznikov. Semiconductor laser screen of a cathode-ray tube. US Patent No , V.I. Kozlovsky, B.M. Lavrushin. Laser electron-beam tube. European Patent No. EP B1, Bulletin 1999/41.

Лазерные ЭЛТ на монокристаллах Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Principia LightWorks Inc, CA 25 см

Лазера на наноструктуре с резонансно- периодическим усилением Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Оптимальное число КЯ – Глубина возбуждения – 4-5 мкм Период – m /2N Длина волны в структуре – 0,2 мкм КЯ должны быть в пучностях стоячей волны, соответствующей максимуму усиления e-e- h AlDBRQWsDBRSubstrate

Красный лазер на наноструктуре GaInP/AlGaInP с 25 и 13 КЯ Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Principia LightWorks Inc., USA The University of Sheffield, EPSRC National Center for III-V Technologies, UK Лазер с мощностью 8 Вт на наноструктуре с 13 КЯ и двумя брэгговскими зеркалами AlAs-AlGaAs Изображение скола лазера в зондовом микроскопе 4.38 мкм AlGaInP пассивный слой 8 нм GaInP 25 слоев 193 нм AlGaInP 25 слоев Зеркала - 99 и 94 %

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Мощность и порог лазера от периода структуры

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Модель лазера r 1 r 2 exp(i2 N b L b / ) =1 r 1 и r 2 - комплексные и вычисляются матричным методом N qw = n qw – i g( ) N b = n b + i ( ) g( ) пропорционален материальному коэффициенту усиления КЯ ( ) – внутренние потери r1r1 r2r2 LbNbLbNb

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН 3 Зависимость порога и длины волны генерации от положения КЯ в резонаторе Может возникнуть ситуация, когда резонансная структура не дает выигрыша по сравнению с хаотически расположенными КЯ. Тогда надо вводить отстройку или «дефект».

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН 2 Возможные варианты зеленого и синего лазера ZnCdSe/ZnSSe//GaAs CdSSe/CdZnS//CdS ZnCdS/ZnSSe//GaAs ZnCdSe/ZnSe//ZnSe ZnCdSe/ZnMgCdSe//InP CdSSe/ZnSSe//GaAs ZnTe/ZnMgSeTe//GaSb ZnSe/ZnMgSSe//GaAs ZnSe/ZnMgSSe//ZnSe CdS/CdZnMgSe//CdS ZnCdSe/ZnMgSe//CdS ZnTe/ZnMgSeTe//GaSb

Cтруктуры ZnCdSe/ZnSSe на GaAs Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Институт радиотехники и электроники РАН

Характеристики лазера на наноструктуре ZnCdSe/ZnSSe c 40 КЯ Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Институт радиотехники и электроники РАН Лазер с мощностью 2 Вт при 550 нм был реализован также на структуре CdSSe/CdS Проблема – высокие внутренние напряжения в структуре at 1.6 mA

Характеристики лазера на наноструктуре ZnSe/ZnMgSSe c 30 КЯ Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Институт радиотехники и электроники РАН Проблема – термодинамическая неустойчивость ZnMgSSe, транспорт носителей в КЯ

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН 23 УФ лазер ( нм, Вт)- проект катодп/п наноструктура нелинейный кристалл хладопроводвнешнее зеркало е-е см Реализована непрерывная генерация на 338 нм с мощностью 0.12 Вт c оптической накачкой второй гармоникой Nd- лазера с диодной накачкой – (Appl. Phys. Lett. 89, (2006), UK) нм нм

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН В настоящее время используются лампы с дуговым разрядом Новые разработки SemLED – синие и зеленые GaInN светодиоды, 1.4 Вт (10 %), малая яркость (август 2006) Q-peak – твердотельные лазеры с диодной накачкой, импульсно- периодический режим, 22.5 кГц, 15.4 Вт средняя (< 4 %), высокая стоимость, спеклы (июль 2002) Coherent – удвоение частоты в лазере на полупроводн. наноструктуре с диодной накачкой, непр. 15 Вт на 488 нм (27 %) и 5 Вт на 460 нм (15 %), высокая стоимость, спеклы (2004 Photonics West) Novalux - удвоение частоты в матрице инжекционных лазеров с внешним зеркалом, 0.75 Вт на 620 нм, 3 Вт на 535 нм, 3 Вт на 465 нм, ожидаемая эффективность - 15 % высокая стоимость (August 2006) ФИАН - Principia LightWorks – ЛЭЛТ на наноструктурах, 9.4 Вт на 640 нм (11 %), 3.2 Вт на 535 нм, 1.5 Вт на 460 нм (декабрь 2006) Проблема – создание эффективного источника монохроматического излучения в видимой области спектра для светоклапанных дисплейных технологий

Проекторы с ксеноновой лампой Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН JVC projector, 5000 lm, 2.2 kW Xe-lamp Xe-lamp, 1.6 kW, 15 W used, efficiency

Лазеры для дисплейных применений Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Coherent LD Cooler DBR MQW NLO crystal external mirror Novalux d = mm h = 1-2 m d = 0.1 mm PPLN Output coupler Thermal lens n- contact p-contact MQW DBR BeO Структура из III-V соединений с резонансно-периодическим усилением

Лазерная ЭЛТ как источник излучения для пассивных дисплеев Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Principia LightWorks Inc., CA, USA Electron gun - Focus lens - Deflection coils h Water Laser screen 11 см

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН 23 Публикации о данной технологии Laser Focus World, May 2005

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН 23 Публикации о данной технологии (продолжение) Photonics West-2005 Compound Semiconductor, October 2006 Projection summit, June 2006

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН 23 Заключение Лазеры на п/п наноструктурах с катодно-лучевой накачкой являются перспективными источниками света для дисплейных технологий. Красный лазер. Достигнуты высокие характеристики по эффективности лазера, до 12 % при энергии 40 кэВ и комнатной температуре. Уровень разработки близок к промышленному освоению отпаянных приборов. Зеленый и синий лазеры. Требуются дальнейшие усилия по совершенствованию технологии получения соответствующих наноразмерных структур. Имеются хорошие перспективы освоения УФ диапазона: создание эффективного малогабаритного лазера с мощностью Вт в спектральном диапазоне нм. Научные основы и технология получения наноструктур для видимой области спектра могут быть использована в лазерах с оптической накачкой лазерными диодами на основе GaN.

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Партнеры Principia LightWorks Inc., CA, USA Институт радиотехники и электроники, Лаб. MOCVD EPSRC National Centre for III-V Technologies, University of Sheffield, UK; Центр волоконной оптики при ИОФ РАН РФФИ, гранты , Программы ОФН РАН «Когерентное оптическое излучение полупроводниковых соединений и структур», «Новые материалы и структуры» Программа «Научные школы», грант ; УНК ФИАН Контракт с Principia LightWorks Inc. Гранты

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН $16 million