Siatka dyfrakcyjna o wysokim kontraście współczynnika załamania światła jako planarne zwierciadło skupiające do wykorzystania w laserach VCSEL

Konwencjonalne lasery VCSEL (ang. Vertical Cavity Surface Emitting Laser, laser o emisji powierzchniowej z pionową wnęką rezonansową) zbudowane są z dwóch zwierciadeł DBR (ang. Distributed Bragg reflector, zwierciadło Bragga) oraz obszaru czynnego, umieszczonego między nimi. Każde ze zwierciadeł DBR składa się z dwóch rodzajów materiałów, które powtarzają się naprzemiennie kilkunasto- lub nawet kilkudziesięciokrotnie. Jednym z podstawowych problemów technologicznych w produkcji laserów VCSEL jest relatywnie niewielka liczba materiałów spełniających wymagane kryteria, a zatem odpowiednich do stworzenia zwierciadeł DBR.

Celem projektu jest zaprojektowanie bardziej uniwersalnych zwierciadeł, które będą mogły zostać zaimplementowane w laserach VCSEL w miejsce chociaż jednego ze zwierciadeł DBR. Proponowaną alternatywą, która będzie rozwijana w ramach projektu jest wykorzystanie podfalowej monolitycznej siatki dyfrakcyjnej o wysokim kontraście współczynnika załamania światła (MHCG, ang. monolithic high contrast grating) do zaprojektowania płaskiego zwierciadła skupiającego o grubości kilkunastokrotnie mniejszej niż grubość zwierciadeł DBR.

W ramach projektu planowane jest zaprojektowanie oraz przeprowadzenie symulacji działania skupiających zwierciadeł MHCG zapewniających różne odbijalności i długości ogniskowych. Struktury wykazujące się najlepszymi parametrami (np. największym odbiciem) zostaną wyprodukowane we współpracy z zagranicznym partnerem, a następnie zostaną zbadane ich własności skupiające. Ponadto, projekty skupiających zwierciadeł MHCG zostaną wykorzystane do symulacji działania wnęk rezonansowych oraz określenia zasadności ich użycia w laserach VCSEL. W ostatnim etapie projektu zostaną wykonane obliczenia parametrów termicznych, elektrycznych i optycznych całego lasera VCSEL wykorzystującego skupiające zwierciadła MHCG emitującego falę o długości 980 nm.

Finansowanie:

Projekt "Siatka dyfrakcyjna o wysokim kontraście współczynnika załamania światła jako planarne zwierciadło skupiające do wykorzystania w laserach VCSEL" jest realizowany w ramach programu HOMING Fundacji na rzecz Nauki Polskiej współfinansowanego przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

Wartość projektu: 797 678 PLN

Wkład Funduszy Europejskich: 797 678 PLN

Wyniki prac badawczych zostały opublikowane w następujących artykułach:

• Paulina Komar, Marcin Gębski, James A. Lott, and Michał Wasiak, Chromatic aberration in planar focusing mirrors based on a monolithic high contrast grating, Opt. Express 29 (2021) 30296-30306, doi: 10.1364/OE.433813
• Paulina Komar, Marcin Gębski, James A. Lott, Tomasz Czyszanowski, and Michał Wasiak, Experimental demonstration of light focusing enabled by monolithic high contrast grating mirrors, ACS Appl. Mater. Interfaces 13 (2021) 25533–25539, doi: 10.1021/acsami.1c04871
• Paulina Komar, Marcin Gębski, Tomasz Czyszanowski, Maciej Dems, and Michał Wasiak, Planar focusing reflectors based on monolithic high contrast gratings: design procedure and comparison with parabolic mirrors, Opt. Express 28 (2020) 38745-38761, doi: 10.1364/OE.404684

Wyniki prac badawczych zostały zaprezentowane na następujących konferencjach naukowych:

• Konferencja "SPIE Photonics West 2021 Digital Forum OPTO", Comparison of planar focusing reflectors based on monolithic HCGs with parabolic mirrors, 6-11 marca 2021, online.
• Konferencja "SPIE Photonics West 2021 Digital Forum OPTO", Experimental demonstration of light focusing achieved by monolithic high-contrast grating mirrors, 6-11 marca 2021, online.
• Konferencja "SPIE Photonics West OPTO 2020", Monolithic high-contrast gratings as planar focusing reflectors for VCSELs, 1-6 lutego 2020, San Francisco (USA).
• Konferencja "8th Workshop on Physics and Technology of Semiconductor Lasers", Long focal-length planar focusing reflectors based on monolithic high contrast gratings, 13-16 października 2019, Kraków (Polska).
• Konferencja "SPIE Photonics West OPTO 2019", Long focal-length planar focusing reflectors based on high-contrast gratings, 2-7 lutego 2019, San Francisco (USA).
• Konferencja "Nanophotonics and Micro/Nano Optics International Conference 2018", Planar focusing reflectors based on high contrast gratings, 1-3 października 2018, Rzym (Włochy).

W ramach realizacji projektu powstały również następujące materiały pokonferencyjne:

• Paulina Komar, Marcin Gębski, Maciej Dems, Tomasz Czyszanowski, Michał Wasiak, "Monolithic high-contrast gratings as planar focusing reflectors for VCSELs", Proc. SPIE 11290, High Contrast Metastructures IX, 1129015F; doi: 10.1117/12.2545565
• Paulina Komar, Marcin Gębski, Maciej Dems, Tomasz Czyszanowski, Michał Wasiak, Long focal-length planar focusing reflectors based on high-contrast gratings, Proc. SPIE 10928, High Contrast Metastructures VIII, 109281F; doi: 10.1117/12.2511028

Prezentacje wideo dostępne wyłącznie po angielsku (przejdź do angielskiej wersji tej strony internetowej).