Другие оригинальные излучатели с ограничением фотонов

October 22, 2011 by admin Комментировать »

В данном разделе будут рассмотрены далеко не все типы современных излучателей, работающих на принципе ограничения фотонов. Однако полезно знать принципы работы некоторых источников света с ограничением фотонов.

Фотонные кристаллы или структуры с запреи^енной зоной для фотонов содержат двух- или трехмерные области для ограничения фотонов, сформированные либо нанесением периодического рисунка на излучающую свет активную область, либо подбором соответствующих материалов для слоев, граничащих с активной областью. Приведены примеры таких структур (Joannopoulosetal., 1995; Baba, Matsuzaki, 1996; Fanetal., 1999; Erchaketal., 2001). Представлены очень обнадеживающие результаты, свидетельствующие о шестикратном увеличении выхода света в таких устройствах в направлении, перпендикулярном к поверхности.

Фотонные кристаллы могут состоять из групп стержней или отверстий, собранных в периодические решетки наподобие гексагональных с плотной упаковкой. Периодичность решетки создает оптическую запрещенную зону для фотонов с определенной энергией, летящих в боковых направлениях. Если стержневая структура имеет большую ширину запрещенной зоны для поперечных магнитных (ТМ или Н) волн и меньшую запрещенную зону для поперечных электрических (ТЕ или Е) волн, она будет способна подавлять боковое излучение определенных энергий. Однако для эффективного подавления бокового излучения излучающая свет область должна иметь дипольную ориентацию вдоль оси стержня (такую же, как в квантовой яме при излучательной рекомбинации электрон-дырка). Структуры с периодическими отверстиями характеризуются меньшими запрещенными зонами по сравнению со стержневыми структурами, но при этом они могут успешно подавлять излучение обоих типов поляризации. Такие структуры сами по себе или в сочетании с планарными резонаторами теоретически можно использовать для усиления продольного излучения.

Другим излучателем, построенным на принципе ограничения фотонов, является лазер на основе микродиска (McCalletal., 1992), имеющий форму тонкого диэлектрического диска, по краям которого выходит излучение. Пусть мода лазерного излучения соответствует моде под номером М, тогда выражение ехр(гМ(/р) описывает изменение электрического поля вокруг цилиндрического диска. Поскольку волны могут распространяться в обоих направлениях, М может быть как положительным, так и отрицательным. Диск можно изготовить такой толщины, чтобы излучение, перпендикулярное диску, подавлялось. Малые диски могут поддерживать только несколько оптических мод, что обеспечивает высокое значение коэффициента спонтанного излучения 13. На таких модах устройства обладают высокой добротностьюQ,что позволяет им работать в режиме лазерной генерации. Еще одним достоинством миниатюрных устройств является направленность излучения по плоскости образца, что позволяет размещать несколько таких дисков на одной подложке. Однако существуют серьезные проблемы при согласовании таких устройств с волноводами и световодами. Рассмотрены (Mohideenetal., 1993) способы повышения срока службы, диапазона рабочих температур и методы пассивации активных слоев лазеров на основе микродисков. Однако создание таких лазеров с непрерывной генерацией света при комнатной температуре до сих пор проблематично.

Библиографическийсписок

ВаЬаТ. and Matsuzaki Т., "GalnAsP/InP 2-dimensional photonic crystals" in Microcavities and Photonic Bandgaps edited by J. Rarity and C. Weisbuch, p. 193 (Kluwer Academic Publishers, Netherlands, 1996).

Blondelle J., De Neve H., Demeester P., Van Daele P., Borghs G., and Baets R. "16% external quantum efficiency from planar microcavity LED’s at 940 nm by precise matching of the cavity wavelength" Electron. Lett.31, 1286 (1995).

De Martini F., Innocenti G., Jacobovitz G.R., and Mataloni P. "Anomalous spontaneous emission time in a microscopic optical cavity" Phys. Rev. Lett. 59, 2955 (1987).

De Neve H., Blondelle J., Baets R., Demeester P., Van Daele P., and Borghs G. "High efficiency planar microcavity LEDs: Comparison of design and exper- im^ni"IEEE Photonics Technol. Lett.7, 287 (1995).

Erchak A. A., Ripin D.J., Fan S., Rakich P., Joannopoulos J.D., Ippen E.P., Petrich G. S., and Kolodziejski L. A. "Enhanced coupling to vertical radiation using a two-dimensional photonic crystal in a semiconductor light-emitting diode"^pp/. Phys. Lett.78, 563 (2001).

Fan S., Villeneuve P. R., Joannopolous J. D., and Schubert E. F. "High extraction efficiency of spontaneous emission from slabs of photonic crystals" Phys. Rev. Lett.78, 3294 (1997).

Fisher T.A., Lidzey D.G., Pate M.A., Weaver M.S., Whittaker D.M., Skolnick M. S., and Bradley D. D. C. "Electroluminescence from a conjugated polymer microcavity structure" Appl. Phys. Lett.67, 1355 (1995).

Hadji E., Bleuse J., Magnea N., and Pautrat J. L. "3.2 pm infrared resonant cavity light emitting diode" Appl. Phys. Lett.67, 2591 (1995).

Huffaker D. L., Lin C. C., Shin J., and Deppe D. G. "Resonant cavity light emitting diode with an AUOy/GaAs reflector" Appl. Phys. Lett.66, 3096 (1995).

Hunt N.E.J., Schubert E.F., Logan R.A., and Zydzik G.J. "Enhanced spectral power density and reduced linewidth at 1,3pm in an InGaAsP quantum well resonant-cavity light-emitting diode" Appl. Phys. Lett.61, 2287 (1992).

Hunt N.E.J., Schubert E.F., Kopf R.F., Sivco D.L., Cho A.Y., and Zydzik G.J. "Increased fiber communications bandwidth from a resonant cavity light- emitting diode emitting at Л = 940 nm" Appl. Phys. Lett.63, 2600 (1993).

Hunt N.E.J., Schubert E.F., Sivco D.L., Cho A.Y., Kopf R.F., Logan R.A., and Zydzik G.J. "High efficiency, narrow spectrum resonant cavity light- emitting diodes" in Confined Electrons and Photons edited by E. Burstein and C. Weisbuch (Plenum Press, New York, 1995a).

Hunt N.E.J., Vredenberg A.M., Schubert E.F., Becker P.C., Jacobson D.C., Poate J.M., and Zydzik G.J. "Spontaneous emission control of Er^+ in Si/Si02 microcavities" in Confined Electrons and Photons edited by E. Burstein and C. Weisbuch (Plenum Press, New York, 1995b).

Joannopoulos J.D., Meade R.D., and Winn J.N. Photonic Crystals (Princeton University Press, Princeton NJ, 1995).

Kobayashi Т., Segawa Т., Morimoto A., and Sueta Т., paper presented at the 43rd fall meeting of the Japanese Society of Applied Physics, Tokyo, Sept. (1982).

Larson M. C. and Harris Jr. J. S. "Broadly tunable resonant-cavity light emission" Appl. Phys. Lett.67, 590 (1995).

Lear K. L. and Schneider Jr. R. P. "Uniparabolic mirror grading for vertical cavity surface emitting lasers" Appl. Phys. Lett.68, 605 (1996).

McCall S.L., Levi A.F.J., Slusher R.E., Pearton S.J., and Logan R.A. "Whispering-gallery mode microdisk laser" Appl. Phys. Lett.60, 289 (1992).

Mitel Corporation, Sweden. Photograph of RCLED is gratefully acknowledged (1999).

Mohideen U., Hobson W. S., Pearton J., Ren F., and Slusher R. E. "GaAs/AlGaAs microdisk lasers" Appl. Phys. Lett.64, 1911 (1993).

Nakayama Т., Itoh Y., and Kakuta A. "Organic photo- and electroluminescent devices with double mirrors" Appl. Phys. Lett.63, 594 (1993).

Osram Opto Semiconductors Corp., Germany. RCLED photograph is gratefully acknowledged (1999).

Pavesi L., Guardini R., and Mazzoleni C. "Porous silicon resonant cavity light emitting diodes" Solid State Comm.97, 1051 (1996).

Schnitzer I., Yablonovitch E., Caneau C., and Gmitter T.J. "Ultra-high spontaneous emission quantum efficiency, 99.7% internally and 72% externally, from AlGaAs/GaAs/AlGaAs double heterostructures" Appl. Phys. Lett.62, 131 (1993).

Schubert E.F., Wang Y.-H., Cho A.Y., Tu L.-W., and Zydzik G.J. "Resonant cavity light-emitting diode" Appl. Phys. Lett.60, 921 (1992a).

Schubert E.F., Vredenberg A.M., Hunt N.E.J., Wong Y.H., Becker PC., Poate J.M., Jacobson D.C., Feldman L.C., and Zydzik G.J. "Giant enhancement of luminescence intensity in Er-doped Si/Si02 resonant cavities" Appl. Phys. Lett.61, 1381 (1992b).

Schubert E.F., Tu L.W., Zydzik G.J., Kopf R.F., Benvenuti A., and Pinto M.R. "Elimination of heterojunction band discontinuities by modulation doping" Appl. Phys. Lett.60, 466 (1992c).

Schubert E.F., Hunt N.E.J., Micovic M., Malik R.J., Sivco D.L., Cho A.Y., and Zydzik G.J. "Highly efficient light-emitting diodes with microcavities" Science265, 943 (1994).

Schubert E. F., Hunt N. E. J., Malik R. J., Micovic M., and Miller D. L. "Temperature and modulation characteristics of resonant cavity light-emitting diodes" IEEE J. Lightwave Technol.14, 1721 (1996).

Streubel K., Helin U., Oskarsson V., Backlin E., and Johanson A. "High- brightness visible (660 nm) resonant-cavity light-emitting diode" IEEE Photonics Technol. Lett.10, 1685 (1998).

Tu L.W., Schubert E.F., Zydzik G.J., Kopf R.F., Hong M., Chu S.N.G., and Mannaerts J. P. "Vertical cavity surface emitting lasers with semitransparent metallic mirrors and high quantum efficiencies" Appl. Phys. Lett.57, 2045 (1990).

Whitaker T. "Resonant cavity LEDs" Compound Semiconductors5, 32 (1999).

Wilkinson S. Т., Jokerst N.M., and Leavitt R. P. "Resonant-cavity-enhanced thin- film AlGaAs/GaAs/AlGaAs LED’s with metal mirrors" Appl. Opt.34, 8298 (1995).

Wirth R., Karnutsch C., Kugler S., and Streubel K. "High-efficiency resonant- cavity LEDs emitting at 650 nm" IEEE Photonics Technol. Lett.13, 421 (2001).

Wirth R., Huber W., Karnutsch C., and Streubel K. "Resonators provide LEDs with laser-like performance" Compound Semiconductors8, 49 (2002).

Yokoyama H. "Physics and device applications of optical microcavities" Science 256, 66 (1992).

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты