ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ ЗЕРКАЛО С НАСЫЩАЕМЫМ ПОГЛОТИТЕЛЕМ

Полезная модель решает задачу формирования лазерных импульсов пикосекундной длительности и мощностью до 2 киловатт.
Решение задачи достигается за счет наличия массива квантовых точек, выращенного на разориентированной подложке в насыщающемся поглотителе (пассивном затворе) резонатора твердотельного лазера.
Наиболее близким к заявленному, является прибор с насыщаемым поглотителем, полученный на точно ориентированной подложке (US Patent №6,538,298). Устройство представляет собой чередующиеся слои полупроводниковых материалов, выращенных на точно ориентированной подложке коэффициенты отражения и преломления которых подобраны таким образом, что вся конструкция образует брэгговский отражатель, после отражателя следует полупроводниковый поглотитель, покрытый защитным слоем. Недостатком такого устройства является невозможность точного управления величиной энергии поглощения.
Известен также, прибор с насыщаемым поглотителем, полученный на точно ориентированной подложке (US Patent №6,826,219). Устройство представляет собой чередующиеся слои диэлектрических материалов, выращенных на точно ориентированной подложке коэффициенты отражения и преломления которых подобраны таким образом, что вся конструкция образует брэгговский отражатель, после отражателя следует полупроводниковый поглотитель, покрытый защитным слоем. Недостатком такого устройства является невозможность управления спектром поглощения.
Техническим результатом является управление спектром и энергией поглощения сформированного мощного светового импульса длительностью порядка нескольких пикосекунд. Технический результат достигается тем, что в полупроводниковое зеркало введен насыщающийся поглотитель, который выполнен на основе упорядоченного массива квантовых точек. Размер квантовых точек в структуре определяет минимальное значение энергии насыщения, то есть, той энергии обладая которой свет начинает проходить сквозь квантовую точку. Таким образом, меняя угол разориентации подложки, а, соответственно, определяя тем самым размер квантовых точек, мы задаем необходимый нам уровень энергии насыщения. Связь размеров квантовых точек с уровнем энергии продемонстрирована в работе: L.Ya.Karachinsky, S.Pellegrini, G.S.Buller A.S.Shkolnik, N.Yu.Gordeev, V.P.Evtikhiev V.B.Novikov, "Time-resolved photoluminescence measurements of InAs self-assembled quantum dots grown on misorientated substrates." APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 84, NUMBER 15 JANUARY 2004, где показано что с уменьшением размера квантовой точки, энергия насыщения увеличивается а время жизни носителя заряда уменьшается, что приводит к уменьшению времен открытия и закрытия насыщающегося поглотителя (пассивного затвора).
Свет от твердотельного лазера, попадая на описанную структуру, начинает проходить в нее не испытывая поглощения начиная с некого момента при котором энергия луча достигнет минимального уровня энергии насыщения квантовых точек в структуре. Таким образом, образуется как бы порог срабатывания при котором свет начинает проходить сквозь структуру в течение
очень малого промежутка времени. Именно подбирая угол разориентации подложки, мы управляем длительностью светового импульса на выходе. Одним из преимуществом данного прибора перед другими, описанными выше, заключается в том что, технологически изменяя однородность размера квантовых точек, мы тем самым сужаем кривую спектра поглощения.
Совокупность свойств, описанная в п.1 формулы полезной модели, характеризует устройство, схематическое представленное на фиг.1 и состоящее из последовательности слоев: разориентированной подложки (1), брегговского отражателя (2), насыщающегося поглотителя (3), который выполнен на основе упорядоченного массива квантовых точек, защитного поверхностного слоя (4). Входной световой импульс проходит сквозь защитный слой, попадая на насыщаемый поглотитель, где при достижении уровня энергии насыщения происходит его просветление. Далее световой импульс претерпевает отражение и выводится в обратном направлении. Устройство обеспечивает прохождение светового импульса с энергией выше заданной.
На фиг.2 представлено схематическое изображение терасс на поверхности разориентированной подложки. Плоскость XY - поверхность разориентированной подложки, Z - направление роста.