Энергоэффективные вертикально-излучающие лазеры с длиной волны 1300 нм на основе низкоразмерных полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростных оптических линий связи и сенсорных устройств
Срок выполнения: 08.2023 – 12.2025 Разработка вертикально-излучающих лазеров (ВИЛ, с англ. VCSELs – vertical cavity surface emitting lasers) является перспективным развивающимся направлением современной полупроводниковой оптоэлектроники, которое находит применение в быстродействующих системах передачи данных, датчиках и сенсорах различного типа. Энергоэффективные ВИЛ спектрального диапазона 1300 нм на основе низкоразмерных полупроводниковых гетероструктур представляют собой альтернативу традиционным лазерам с торцевым выводом излучения в высокоскоростных оптических линиях связи на коротких и средних дистанциях, в том числе, в сетях доступа нового поколения, обеспечивающих широкополосный оптический канал связи. В ходе реализации 1 этапа научного исследования (08.2023 – 12.2023) были разработаны конструкция и лабораторная технология изготовления макетов 1 поколения энергоэффективных вертикально-излучающих лазеров с длиной волны излучения 1300 нм на основе низкоразмерных полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростных оптических линий связи и сенсорных устройств. Исследование статических характеристик макетов 1 поколения ВИЛ показало, что пороговый ток лежит в диапазоне от 1,34 до 1,61 мА, величина тока насыщения лежит в диапазоне от 11 до 15 мА, а оптическая мощность излучения при значении тока, равному 70% от тока насыщения, лежит в диапазоне от 2,80 до 3,17 мВт. При исследовании спектральных характеристик макетов 1 поколения ВИЛ установлено, что длина волны излучения, определенная как длина волны, соответствующая наиболее интенсивному пику, лежит в диапазоне от 1310,7 до 1311,1 нм, а фактор подавления боковых мод, определенный как разница значений относительной интенсивности первого и второго наиболее интенсивных пиков, лежит в диапазоне от 36,14 до 48,81 дБ. Также в результате выполнения 1 этапа научного исследования иностранным партнером в лице Чанчуньского института оптики, точной механики и физики (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics) были измерены параметры передачи данных макетов 1 поколения. Согласно проведенным измерениям, полоса малосигнальной модуляции, определенная по уровню минус 3 дБ, достигает частоты 5 ГГц при токе выше 5 мА, а максимальная скорость передачи данных достигает 10 Гбит/с. Результаты 1 этапа научного исследования будут использованы при реализации 2 этапа (01.2024 – 12.2024) научного исследования для оптимизации параметров макетов 2 поколения ВИЛ. Работы выполняются при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках соглашения о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидий в соответствии с пунктом 4 статьи 78.1 Бюджетного кодекса Российской Федерации от 13.08.2023 № 075-15-2023-759.
