Model jednomodowego lasera VCSEL opartego na kryształach fotonicznych o dużej mocy i stabilnej polaryzacji promieniowania

W ostatnich latach fotonika jest coraz bardziej obecna w wielu aspektach codziennego życia i gospodarki. Dla przykładu w telekomunikacji stały wzrost wymaganej przepustowości łączy powoduje, że niezbędny staje się szybki rozwój takich urządzeń fotonicznych jak: laserowe źródła światła, fotodetektory, multipleksery, demultipleksery, i wiele innych. Z uwagi na to zapotrzebowanie — w celu spełnienia rosnących wymagań rynku — wiele grup badawczych na całym świecie nieustannie pracuje albo nad nowymi projektami takich urządzeń, albo nad optymalizacją istniejących. Jednocześnie silna konkurencja powoduje konieczność prowadznia prac badawczych szybko i efektywnie, gdyż ten podmiot, który osiągnie kolejny etap technologii, jest zwykle zdolny do uzyskania największego zysku.

We współczesnym świecie, tego typu badania prowadzone na dużą skalę, są możliwe tylko przy pomocy modelowania numerycznego i symulacji komputerowych, które praktycznie zawsze poprzedzają etap badań laboratoryjnych. Taka teoretyczna analiza jest wykonywana poprzez rozwiązanie równań opisujących różne zjawiska fizyczne i — w zależności od uproszczeń zastosowanych w tych równaniach — pozwala bardziej lub mniej dokładnie przewidzieć zachowanie rzeczywistego urządzenia. W większości przypadków rozwiązanie równań opisujących właściwości fizyczne przyrządów fotonicznych są zbyt skomplikowane, aby można było je efektywnie rozwiązać w sposób analityczny i wymagają one użycia do tego celu komputera. Oznacza to, że bardzo często, wykonywanie takich obliczeń przypomina bardziej eksperyment niż czysto teoretyczną analizę i dlatego często nazywamy je  eksperymentem komputerowym.

W związku z tym istnieje duże zapotrzebowanie na uniwersalne narzędzia do prowadzenia symulacji numerycznych kompletnych urządzeń fotonicznych. Takie narzędzia powinny być w stanie prawidłowo wziąć pod uwagę wzajemne zależności między różnymi zjawiskami fizycznymi w analizowanych strukturach. Ponadto, powinny one być zaprojektowane do analizy złożonych urządzeń fotonicznych, który składają się nieraz z wielu warstw o znacząco różnej grubości — od kilku nanometrów w studniach kwantowych, do kilku milimetrów w elementach chłodzących. Rozwój takiego narzędzia jest nadrzędnym celem realizowanego projektu.

Realizacja projektu finansowana jest ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach drugiej edycji programu LIDER.

Publikacja prasowa

Publikacja prasowa

Aby zaprojektować najbardziej wydajne konstrukcje laserów bez konieczności tworzenia dużej liczby kosztownych prototypów, uczeni opracowują programy komputerowe pozwalające na symulację zachowania tych urządzeń. Nad programem dla laserów typu VCSEL pracuje zespół dr. inż. Macieja Demsa z Politechniki Łódzkiej.