Пикосекундные инжекционные лазеры с пассивной модуляцией добротности и синхронизацией мод тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф. ИОФФЕ

ПИКОСЕКУНДНЫЕ ИНЖЕКЦИОННЫЕ ЛАЗЕРЫ С ПАССИВНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ И СИНХРОНИЗАЦИЕЙ МОД

Специальность: 01.04.10 - Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата Физико-математических наук

На правах рукописи

ГУБЕНКО Алексей Евгеньевич

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2005

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе Российской Академии наук

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, доцент ЕЛ. ПОРТНОЙ

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Л.Е. ВОРОБЬЕВ

доктор физико-математических наук, профессор С.А. ГУРЕВИЧ

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский Государственный электротехнический университет им. В.И. Ульянова (Ленина)

Зашита состоится " " 2005 г. в/Г" часов

на заседании диссертационного совета К 002.205.02 Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы об автореферате в двух экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по указанному адресу ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан " " ОХЫг^Л 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических наук

Г.С. КУЛИКОВ

Общая характеристика работы

Работа направлена на изучение динамики излучения полупроводниковых инжекционных лазеров и разработку конструкций, оптимизированных для генерации периодических и непериодических импульсов света, с малой длительностью и повышенной мощностью. Такие приборы могут быть применены в различных областях, например, для измерения характеристик быстрых фотодетекторов (фотодиоды, ФЭУ, стрик-камеры), определения расстояний (лидары, рефлектометры, томографы), оптоэлектронной генерации электромагнитных волн в миллиметровом диапазоне, в качестве тактового сигнала в оптоволоконных системах связи, для оптической синхронизации элементов компьютеров и других высокочастотных устройств.

Прямые способы генерации импульсов света полупроводниковыми инжекционными лазерами, такие как модуляция усиления, активная модуляция добротности, применение внешних оптических модуляторов используют лишь незначительную часть той полосы частот, которую способны обеспечить полупроводниковые материалы. Это связано с продолжительностью релаксационных процессов в самом лазере, недостаточным быстродействием современных электронных приборов, а также ограничениями, возникающими при передаче электрического сигнала. Отсюда возникает интерес к специальным конструкциям лазеров, импульсный характер излучения которых не связан непосредственно с внешним управлением.

В работе изучаются полупроводниковые лазеры с насыщающимся поглотителем, нелинейные свойства которого используются для генерации мощных пикосекундных импульсов света за счет пассивной модуляции потерь в лазерном резонаторе, периодических пикосекундных или субпикундных импульсов, если имеет место пассивная синхронизация мод. При этом рассматриваются наиболее интересные с практической точки зрения монолитные конструкции лазеров.

Развивается метод облучения ионами высокой энергии для формирования областей с насыщающимся поглотителем непосредственно в активном слое лазера. Такой тип поглотителя обладает рядом выгодных особенностей по сравнению с традиционной пространственно-неоднородной инжекцией/экстракцией носителей или введением поглощающих слоев в лазерную структуру. Основные преимущества заключаются в пригодности метода для мощных импульсных лазеров с активной областью большого объема, обеспечении максимальной степени перекрытия поглотителя с полем излучения, возможности подбирать оптимальное время релаксации насыщения. Тем не менее, метод облучения ионами все еще не достаточно широко применяется, а свойства полупроводниковых материалов, кристаллическая структура которых нарушена в результате взаимодействия ионов с кристаллической решеткой, по-прежнему остаются мало изученными.

В течение последнего десятилетия наблюдается значительный прогресс в технологии создания полупроводниковых материалов, содержащих квантовые точки (quantum dots). Такие материалы обладают набором уникальных физических свойств, которые частично уже использованы для улучшения характеристик полупроводниковых приборов, в частности, инжекционных лазеров. В диссертации представлены результаты экспериментов по созданию и изучению источников коротких периодических импульсов света на основе лазеров с квантовыми точками.

Актуальность темы

1. Лазеры с пассивной модуляцией добротности являются источниками самых мощных, а с синхронизацией мод - самых коротких импульсов излучения. Поэтому, развитие именно этих методов, которое составляет предмет данной работы, ведет к непосредственному улучшению характеристик импульсных полупроводниковых лазеров как таковых и, следовательно, расширению сферы их применения.

2. Ионная имплантация является эффективным способом создания насыщающегося поглотителя в объемном материале, применение которого

необходимо, если важна высокая мощность пикосекундных импульсов света. Тем не менее, динамические свойства инжекционных лазеров с имплантационным насыщающимся поглотителем, равно как и физические свойства самого поглотителя, все еще не достаточно хорошо изучены.

3. В настоящее время развитие технологии полупроводниковых наноразмерных гетероструктур позволяет перейти от фундаментальных исследований их физических свойств к непосредственному созданию новых приборов на их основе. К таковым, например, можно отнести лазеры на квантовых точках с пассивной синхронизацией мод, свойства которых рассматриваются в работе.

Цель работы - экспериментальное исследование пикосекундной и субпикосекундной динамики излучения полупроводниковых инжекционных лазеров с насыщающимся поглотителем.

Научная новизна

1. Проведены исследования динамики излучения АЮзАз и 1п(ЗаА$Р диодных лазеров с быстрым насыщающимся поглотителем, сформированным путем облучения тяжелыми ионами (О, N. Аг). При этом в отличие от ранних работ, ионная имплантация проводилась не только со стороны сколотых зеркал, но и сквозь эмиттер, для чего была предложена новая технология облучения через защитную маску.

2. Метод облучения через маску позволяет создавать области насыщающегося поглощения с однородными свойствами, произвольным пространственным положением, размером и формой. Следовательно, открываются новые возможности для изучения свойств измененных в результате торможения ионов полупроводниковых материалов, а также более тонкого воздействия на динамику излучения лазеров через параметры насыщающегося поглотителя, что в частности позволило значительно увеличить энергию импульсов лазеров на основе двойной гетероструктуры (ДГС) с пассивной модуляцией добротности.

3. В работе рассматриваются преимущества лазеров с объемным активным слоем и насыщающимся поглотителем с точки зрения генерации

мощных коротких импульсов света методом модуляции добротности, в то время как главные усилия исследователей сосредоточены на лазерах с квантоворазмерной активной областью, не оптимальных для решения данной задачи. Установлено, что большая толщина активного слоя ДГС лазеров и лазеров на основе одинарной гетероструктуры (ОГС) способствует значительному увеличению энергии одиночных импульсов лазеров с пассивной модуляцией добротности при одновременном сокращении их длительности. Это происходит как за счет общего объема активной среды, так и вследствие существенного перекрытия моды с усиливающим слоем.

4. Исследована форма моды лазеров с малым скачком показателя преломления на границе волновода в перпендикулярном плоскости р-п перехода направлении. Волноводные свойства активной области таких лазеров могут существенно изменяться в зависимости от концентрации свободных носителей, что ведет к необычным режимам излучения. Например, продемонстрирована генерация пикосекундных импульсов в ярко выраженной утекающей моде ОГС лазерами с низколегированным эмиттером. Такое поведение объясняется уменьшением показателя преломления волновода с ростом концентрации свободных носителей на фоне изначально слабого волноводного ограничения.

5. Обнаружен эффект синхронизации Фабри-Перо мод в одиночных пикосекундных импульсах, излучаемых полупроводниковыми лазерами с насыщающимся поглотителем. Изучены условия возникновения эффекта в зависимости от скорости релаксации поглотителя и амплитуды накачки. Предложено качественное объяснение явления на основе флуктуационной модели синхронизации мод.

6. Проведено исследование двухсекционных лазеров на ¡пАв/МЗаАБ квантовых точках. Продемонстрирована генерация коротких импульсов света лазерами на квантовых точках в режиме пассивной синхронизации мод. Намечены пути повышения мощности и расширения диапазона частот повторения импульсов. Доказана возможность применения

имплантационного типа поглотителя для синхронизации мод лазеров на квантовых точках.

Практическая ценность работы

1. Анализ полученных экспериментальных данных и результатов моделирования позволяет проследить влияние деталей конструкции полупроводникового лазера с насыщающимся поглотителем на его способность генерировать мощные короткие импульсы в режиме модуляции добротности. Определены основные факторы, ограничивающие энергию и длительность излучения. В дальнейшем этот опыт может быть использован при разработке новых устройств, использующих импульсное лазерное излучение.

2. Предложен новый способ создания насыщающегося поглотителя в полупроводниковых лазерах путем имплантации через отверстия в защитной маске, допускающий распределение поглотителя, а также варьирование его объема в широком диапазоне без изменения энергии пучка. Метод не требует предельно высоких энергий ионов, т.е. для создания насыщающегося поглотителя возможно применение стандартных линейных промышленных ускорителей вместо циклотрона. Он позволяет разрабатывать новые конструкции приборов с насыщающимся поглотителем и является мощным инструментом для оптимизации их параметров.

3. Созданы монолитные пикосекундные полупроводниковые лазерные излучатели мощных (0.1 - 500 XV) коротких (6 - 40 ре) одиночных импульсов в спектральном диапазоне 650 - 1550 пш, улучшенные характеристики которых достигаются за счет пассивной модуляции добротности.

4. Показано, что полупроводниковые квантовые точки могут быть эффективным интегрированным насыщающимся поглотителем, который необходим для пассивной синхронизации мод монолитных инжекционных лазеров. Таким образом, открыта перспектива применения лазеров на квантовых точках для генерации сверхкоротких импульсов света.

5. Продемонстрирована генерация <2 ps импульсов методом пассивной синхронизации мод лазеров на квантовых точках. Созданы лазеры на длине волны ~1.3 /яп, что важно для волоконных систем связи и кремниевой оптоэлектроники, и -1.06 цт, что позволяет применять стандартные оптические усилители на основе Yb и Nd. Существенно расширен диапазон частот повторения импульсов (5 - 40 GHz), причем нижняя частота уникальна для монолитных полупроводниковых лазеров любого типа. Показана работоспособность данных приборов в условиях повышенной температуры (>60°С).

Совокупность представленных в диссертации исследований позволяет сформулировать следующие научные положения, выносимые на защиту:

1. (О конструкции пикосекундного лазера) В полупроводниковом лазере режимы пассивной модуляции добротности и (или) синхронизация мод могут быть получены путем введения в резонатор интегрированного насыщающегося поглотителя на основе того же самого материала, что и материал активной среды лазера. Это относится как к объемным, так и к квантоворазмерным лазерам. Данная возможность связана со следующими общими свойствами: насыщением усиления/поглощения светом за счет вынужденных переходов, сублинейной зависимостью коэффициента усиления от концентрации носителей, наличием эффективных способов управления темпом релаксации.

2. (О длительности импульсов излучения) Режим пассивной модуляции добротности в лазерах с имплантированным насыщающимся поглотителем приводит к наиболее коротким импульсам света в случае объемной активной среды. Это связано, прежде всего, с высоким модовым коэффициентом усиления таких лазеров.

3. (О мощных пикосекундных лазерах). Для получения наиболее мощных пикосекундных импульсов света необходима максимальная толщина активной области при сохранении основной пространственной моды, что наилучшим образом обеспечивается в ОГС лазерах. К

сожалению, это не приводит к соответствующему сокращению длительности импульса по сравнению с ДГС лазерами, что объясняется эффектом насыщения усиления вследствие недостаточной скорости внутризонной релаксации.

4. (Об угловом распределении излучения ОГС пикосекундного лазера) Дополнительный пик в дальнем поле со стороны подложки, наблюдаемый в мощных пикосекундных ОГС лазерах с имплантированным поглотителем и со слаболегированным широкозонным эмиттером, связан с образованием утекающего волновода в результате эффекта сверхинжекции и уменьшения коэффициента преломления с ростом концентрации носителей.

5. (О влиянии геометрии поглотителя). Геометрия расположения насыщающегося поглотителя является существенным фактором для лазеров с пассивной модуляцией добротности. Более выгодным для получения мощных импульсов света методом модуляции добротности является распределенное положение нескольких поглощающих секций вдоль резонатора.

6. (О механизме и темпе процесса синхронизации мод). В полупроводниковых лазерах с насыщающимся поглотителем процесс синхронизации мод стартует из флуктуации, обусловленной интерференцией продольных мод со случайными фазами. Высокий темп этого процесса в случае малого времени релаксации поглотителя является причиной синхронизации мод, которую можно наблюдать в одиночных импульсах вблизи порога.

7. (О пассивной синхронизации мод лазеров на квантовых точках). Квантовые точки являются подходящей средой для использования в качестве интегрированного насыщающегося поглотителя для достижения пассивной синхронизации мод полупроводникового лазера. Автопульсации на частоте релаксационных колебаний принципиально возможны, однако они не свойственны лазерам на квантовых точках. Это обусловлено как низким модовым усилением, так и на порядок большей по сравнению с

другими типами лазеров нелинейностью усиления, и выгодно с точки зрения устойчивой работы лазера в режиме синхронизации мод.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международной зимней школе по физике полупроводников (С.-Петербург -Зеленогорск, 2 марта 1998 г.), IXth Conference on Laser Optics (St. Petersburg, June 22-26, 1998), 50th Scottish Universities Summer School in Physics (University of St. Andrews, Scotland, 21 June-4 My, 1998), IEEE 16th International Semiconductor Laser Conference (Nara, Japan, 4-8 October, 1998), Международном семинаре по оптоэлектронике (С.-Петербург, 5-6 ноября 1998), Xth Conference on Laser Optics (St.Petersburg, Russia, 26-30 June, 2000), IEEE 17th International Semiconductor Laser Conference (25-28 Sept 2000, Monterey, CA, USA), Conference on Lasers and Electro-Optics (7-12 May 2000, San Francisco, CA, USA), International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (14-18 May 2000, Williamsburg, VA, USA), 10th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology (St. Petersburg, Russia, June 17-21, 2002), 12th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology (St Petersburg, Russia, 21-25 June

2004), IEEE 19th International Semiconductor Laser Conference (Matsue-shi, Simane Pref., Japan, 21-25 September 2004), 13th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology (St Petersburg, Russia, June 20-25,

2005).

Публикации

Результаты диссертационной работы опубликованы в 16 печатных работах. Основное содержание работы изложено в трех главах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы. Общий объем диссертации составляет 198 страниц, В том числе 120 страниц основного текста, 62 рисунка на 54 страницах. Список цитированной литературы включает в себя 171 наименование и занимает 21 страницу.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель и сформулированы задачи исследования, приведены выносимые на защиту научные положения и кратко изложено содержание диссертации.

Первая глава. Пассивная модуляция добротности диодных лазеров с имплантационным насыщающимся поглотителем.

Глава посвящена развитию метода пассивной модуляции добротности монолитных инжекционных лазеров с имплантационным поглотителем классической конструкции (имплантация проводится со стороны зеркал), в основном, с точки зрения увеличения энергии в одиночных импульсах света.

Во введении рассмотрены результаты ранних исследований пассивной модуляции полупроводниковых лазеров и формулируется задача исследования, которая состоит в оптимизации структуры лазера для излучения наиболее мощных, коротких импульсов света.

В теоретической части главы, на основе скоростных уравнений проанализированы факторы, определяющие длительность и мощность световых импульсов. Подчеркивается, что при применении методов модуляции усиления (gain-switching) и модуляции добротности (Q-switching) следует стремиться к как можно большей разнице между модовыми коэффициентами усиления и потерь, поскольку характерное время нарастания (спада) импульса обратно пропорционально этой величине.

Лазеры с модуляцией добротности и модуляцией усиления сравниваются между собой. Показано, что существенным недостатком последнего метода является незначительное превышение усиления над потерями на момент начала излучения. Данный фактор обуславливает относительно длительное излучение светового импульса, как правило, порядка нескольких десятков пикосекунд. При этом лишь малая доля накопленных в активной области энергии может быть преобразована в фотоны, поскольку концентрация носителей лишь незначительно

отклоняется от порогового уровня. Наоборот, введение в лазер дополнительной секции насыщающегося поглотителя позволяет накопить существенно большую концентрацию носителей до начала излучения и затем более эффективно ее использовать в результате самопроизвольного снижения порога в процессе генерации света. Таким образом, открывается возможность значительно повысить энергию импульсов света без изменения объема и состава активной среды. Одновременно, длительность импульсов сокращается за счет большой разницы между усилением и потерями, как на переднем, так и на заднем фронте импульса.

Формулируются основные требования к соотношению параметров усиливающей и поглощающей секций лазера. Среди них наиболее важными являются значительно меньшие энергия насыщения и время жизни носителей в поглотителе, необходимые для его эффективной работы. Рассматривается роль нелинейного усиления, возникающего в связи с конечным временем внутризонной релаксации, поскольку именно этот фактор ограничивает в настоящее время длительность импульсов света, генерируемых методом пассивной модуляции добротности, не позволяя перейти в фемтосекундную область.

В экспериментальной части главы изучаются лазеры с насыщающимся поглотителем, созданным имплантацией ионов со стороны зеркал.

Вначале рассматривается поведение классических АЮаАв ДГС полосковых лазеров, демонстрирующих эффект пассивной модуляции добротности наиболее отчетливо. Это проявляется в виде ступенчатой зависимости энергии излучения от амплитуды импульсов накачки, малой длительности импульсов, которая составляет единицы пикосекунд и высокой пиковой мощности ~1 У/ в нулевой пространственной моде.

Затем описываются сверхмощные пикосекундные лазеры с пиковой мощностью до 380 и длительностью около 40-45 ре, которые были созданы путем ионной имплантации лазеров на основе АКЗаАв ОГС. Насколько известно автору, в настоящее время это наиболее мощные

пикосекундные полупроводниковые лазеры, работающие без применения усилителя. В случае слаболегированного эмиттера ОГС лазера обнаружен эффект утекания поперечной моды волновода, чему дано качественное объяснение основанное на модели сверхинжекции, учитывающей омическое падение потенциала в эмиттере. Высокая концентрация носителей в активной области, которая значительно превышает концентрацию в эмиттере, ведет к соответствующему уменьшению показателя преломления, которое оказывается достаточным для разрушения нормального волновода.

В конце главы рассмотрены эксперименты, поставленные с целью изучения неожиданно обнаруженного явления синхронизации мод в одиночных импульсах света вблизи порога. Предложено объяснение эффекта на основе дискриминационной модели синхронизации мод, стартующей из флуктуации обусловленной биением продольных мод со случайными фазами. В результате насыщения поглотителя светом происходит преимущественное усиление наиболее мощного случайного импульса и подавление остальных. Высокий темп этого процесса при условии быстрого темпа релаксации (~1 ре) поглотителя приводит к практически полной синхронизации мод, даже если суммарная длительность излучения не превышает 10-20 проходов резонатора. Синхронизация мод пропадает или наблюдается только вблизи порога в случае недостаточно быстрого поглотителя.

Вторая глава. Лазеры с многосекционным насыщающимся поглотителем.

Рассматривается новый метод формирования областей с насыщающимся поглотителем - имплантация ионов через отверстия в защитной маске и результаты его применения для увеличения энергии импульсов пикосекундных лазеров с пассивной модуляцией добротности.

Ставший традиционным метод формирования насыщающегося поглотителя пу^ем имплантации лазера ионами со стороны сколотых зеркал обладает некоторыми существенными недостатками. Среди них, например,

следует отметить принципиальную неоднородность свойств поглотителя вдоль направления распространения света, в связи с неравномерным торможением ионов кристаллической решеткой, поскольку механизм и темп торможения существенно зависит от кинетической энергии иона. Определяющая размер поглотителя глубина проникновения непосредственно связана с изначальной энергией и типом ионов. Это в значительной мере усложняет подбор режима облучения для каждого конкретного случая и увеличивает требования к источнику ионов с точки зрения величины энергии, монохроматичности пучка, возможности варьирования его параметров в широких пределах. Кроме того, такой насыщающийся поглотитель не может быть создан в произвольном месте создаваемого прибора. Новый способ формирования поглотителя лишен указанных недостатков. Немаловажным с технологической точки зрения преимуществом является также возможность имплантации целой пластины, а не индивидуальных приборов.

Предложены способы изготовления гальванических и фоторезистивных защитных масок, которые использовались нами при создании образцов насыщающимся поглотителем. После этого рассматривается применение многосекционного насыщающегося поглотителя в лазерах с ЬЮаАв квантовой ямой. В результате этой работы впервые удалось реализовать пассивную модуляцию добротности, а также частичную синхронизацию мод на сталкивающихся импульсах, в квантоворазмерном полупроводниковом лазере путем использования поглотителя имплантационного типа. Однако, поскольку наилучшими характеристиками обладают лазеры с объемным активным слоем, практически более интересными были последующие эксперименты по увеличению мощности пикосекундных ЫЗаАэР ДГС лазеров. Непосредственное сравнение характеристик образцов, в которых был сформирован сосредоточенный либо распределенный поглотитель, показало существенное преимущество последних. Таким образом, эксперименты подтвердили предположение, что более равномерное распределение света вдоль резонатора будет способствовать улучшению параметров лазера с пассивной модуляцией добротности.

Третья глава. Пассивная синхронизация мод лазера на ЫЗаАв квантовых точках.

Приводятся результаты работы по созданию лазеров на квантовых точках с пассивной синхронизацией мод, исследованию их динамики, улучшению характеристик.

Высокий коэффициент усиления не является существенным фактором для генерации коротких импульсов света методом синхронизации мод (в отличие от рассмотренной в предыдущих главах модуляции добротности). В силу соотношения неопределенности необходима только широкая полоса усиления. Поэтому хорошо известные преимущества лазеров, генерация которых осуществляется через квантоворазмерные объекты в полупроводниковой матрице, вполне могут быть распространены также на излучатели сверхкоротких импульсов света. Пассивная синхронизация мод монолитного лазера двухсекционной конструкции на квантовых ямах была впервые продемонстрирована еще в 1989 году. Однако, что касается квантовых точек, то попытки их применения для генерации коротких импульсов света до настоящей работы не приводили к положительному результату.

В главе представлены результаты экспериментального исследования многосекционных полосковых лазеров на квантовых точках с насыщающимся поглотителем. При обратном смещении секции поглотителя продемонстрирован режим пассивной синхронизации мод с характеристиками, не уступающими аналогичным лазерам на квантовых ямах. Изучены режимы работы лазеров в зависимости от условий накачки, смещения, относительных размеров секций, пространственного расположения поглотителя, длины резонатора и температуры. Получен режим синхронизации мод на сталкивающихся импульсах. Экспериментально установлена возможность применения ионной имплантации для создания насыщающегося поглотителя в монолитных лазерах на основе квантовых точек.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Г.Б. Венус, И.М. Гаджиев, А.Е. Губенко, Е.Л. Портной, A.A. Хазан: "Получение режима модуляции добротности в лазерах на основе одинарной гетероструктуры и генерация сверхмощных пикосекундных оптических импульсов", Письма в ЖТФ, 1997, том 23, вып. 4, стр. 11-16.

2. А.Е. Губенко, Г.Б. Венус, И.М. Гаджиев, A.A. Хазан, ЕЛ. Портной: "Околопороговые режимы генерации диодных лазеров с быстрым насыщающимся поглотителем", Международная Зимняя Школа по Физике Полупроводников. Тезисы докладов молодых ученых, С.-Петербург-Зеленогорск, 2 марта 1998, стр. 3.

3. A. Gubenko, Е. Portnoi, G. Venus, N. Il'inskaia, I. Gadjiev, J. Frahm: "Q-switched and mode-locked QW diode lasers with implanted multisectional saturable absoiber," IEEE 16th International Semiconductor Laser Conference, Nara, Japan, 4-8 Oct. 1998, pp. 253 - 254.

4. А.Е. Губенко, Г.Б. Венус, Н.Д. Ильинская, E.JI. Портной: "Синхронизация мод на сталкивающихся импульсах в многосекционных диодных лазерах с имплантированным насыщающимся поглотителем", Международный семинар по оптоэлектронике - тезисы докладов, С.Петербург, 5-6 ноября 1998, стр.27.

5. А.Е. Губенко, Г.Б. Венус, И.М. Гаджиев, E.JI. Портной: "Синхронизация мод и модуляция добротности вблизи порога в диодных лазерах с быстрым насыщающимся поглотителем", Письма в ЖТФ, 1999, том 25, вып. 9, стр. 15-22.

6. Г.Б. Венус, И.М. Гаджиев, А.Е. Губенко, Н.Д. Ильинская, E.JI. Портной: "Пикосекундные полупроводниковые лазеры с многосекционным насыщающимся поглотителем созданные имплантацией тяжелых ионов", Письма в ЖТФ, 1999, том 25, вып. 13, стр. 4-9.

7. G. Venus, A. Gubenko, V. Dashevskii, Е. Portnoi, Е. Avrutin, J. Frahm, J. Kubier, S. Schelhase, A. Paraskevopoulos: "Multi-section ion-

implantation-induced saturable absorbers for high-power l.S-^m picosecond laser diodes," IEEE 17th International Semiconductor Laser Conference (ISLC), 25-28 Sept. 2000, Monterey, CA, USA, pp. 145-146.

8. A. Paraskevopoulos, H.-J. Hensel, S. Schelhase, J. Frahm, J. Kubler, A. Denker, A. Gubenko, E.L. Portnoi: "High-power, picosecond pulse generation from surface implanted InGaAsP/InP (X =1.53 fun) laser diodes," Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), 7-12 May 2000, San Francisco, CA, USA, p.99.

9. A. Paraskevopoulos, H.-J. Hensel, S. Schelhase, J. Frahm, J. Kubler, A. Denker, A. Gubenko, E.L. Portnoi: "On-wafer" surface implanted high power, picosecond pulse InGaAs/InP (X. - 1.53-1.55 jim) laser diodes," International Conference on Indium Phosphide and Related Materials, 14-18 May 2000, Williamsburg, VA, USA, pp.278-781.

10. G.B, Venus, A. Gubenko, Efim L. Portnoi, Eugene A. Avrutin, JanMichael Frahm, J. Kubler, and S. Schelhase: "Use of nanostructure-cluster-based ion-implantation-induced saturable absorbers in multisection high-power 1.5-nm picosecond laser diodes," Proceedings of SPIE ~ Volume 5023, June 2002, pp. 383-386.

11. Alexey R. Kovsh, Nikolai N. Ledentsov, Sergei S. Mikhrin, Alexey E. Zhukov, Daniil A. Livshits, Nikolay A. Maleev, Mikhail V. Maximov, Victor M. Ustinov, Alexey E. Gubenko, Igor M. Gadjiev, Efim L. Portnoi, Jyh Shyang Wang, Jim Y. Chi, Donald N. Ouyang, Dieter Bimberg, James A. Lott: "Long-wavelength (1.3-1.5 micron) quantum dot lasers based on GaAs," Proceedings of SPIE -- Volume 5349, June 2004, pp. 31-45.

12. A.E. Gubenko, I.M. Gadjiev, N.D. Il'inskaya, Yu.M. Zadiranov, A.E. Zhukov, V.M. Ustinov, Zh.I. Alferov, A.R. Kovsh, D.A. Livshits, N.N. Ledentsov and E.L. Portnoi: "Mode-locking at 9.7 GHz repetition rate with 1.7 ps pulse duration in two-section QD lasers," IEEE 19th International Semiconductor Laser Conference (ISLC), Matsue-shi, Simane Pref., Japan, 21-25 Sept. 2004, pp. 51-52.

13. A.E. Gubenko, I.M. Gadjiev, N.D. Il'inskaya, Yu.M. Zadiranov, A.R. Kovsh, N.N. Ledentsov, A.E. Zhukov, D.A. Livshits, V.M. Ustinov, Zh.I. Alferov and E.L. Porifloi: "Supershort light pulses by passive mode-locking of QD laser diode," 12th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, St Petersburg, Russia, 21-25 June 2004, pp. 69-70.

14. I.M. Gadjiev, A.E. Gubenko, M.S. Buyalo, E L. Portnoi, A.R. Kovsh, S.S. Mikhrin, I.L. Krestnikov and N.N. Ledentsov: "Q-switching and mode-locking in QD lasers at 1.06 um," 13th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, St Petersburg, Russia, June 20-25, 2005, pp. 83-84.

15. N.S. Averkiev, V.V. Nikolaev, M.Yu. Poliakov, A.E. Gubenko, I.M. Gadjiev and E.L. Portnoi: "Analysis of bistable quantum dot injection laser," 13th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, St Petersburg, Russia, June 20-25,2005, pp. 108-109.

16. A. Gubenko, D. Livshtis, I. Krestnikov, S. Mikhrin, A. Kozhukhov, A. Kovsh, N. Ledentsov, A. Zhukov, and E. Portnoi: "High-power monolithic passively mode-locked quantum-dot laser," accepted for publication in Electronics Letters, 2005.

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 28.09.2005. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Уч. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 454.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

» 19099

РНБ Русский фонд

2006-4 15136

Введение.

Глава I Пассивная модуляция добротности диодных лазеров с имплантационным насыщающимся поглотителем.

1.1 Введение.

1.2 Локальные уравнения для описания пассивной модуляции добротности инжекционных лазеров.

1.3 Излучение одиночных импульсов инжекционными лазерами с насыщающимся поглотителем и без него. 3 \

1.4 "Жесткое" включение лазеров с имплантированным насыщающимся поглотителем.

1.5 Мощные пикосекундные лазеры с насыщающимся поглотителем на основе ОГС.

1.6 Эффект сверхинжекции и утекающая мода в мощных пикосекундных лазерах с насыщающимся поглотителем.

1.7 Синхронизация мод в одиночных пикосекундных импульсах света.

Глава II Диодные лазеры с имплантированным через защитную маску насыщающимся поглотителем.

II. 1 Введение.

11.2 Изготовление масок для создания насыщающегося поглотителя произвольной формы.

11.3 Модуляция добротности QW лазеров с имплантированным через маску насыщающимся поглотителем.

И.4 Характеристика "энергия излучения - амплитуда накачки" лазеров с имплантированным через маску насыщающимся поглотителем.

II.5 Увеличение мощности пикосекундных ДГС лазеров с распределенным насыщающимся поглотителем.

Глава III Пассивная синхронизация мод монолитных инжекционных лазеров на INGAAS квантовых точках. 1 \ Q

III. 1 Введение. цо

111.2 Теоретические модели синхронизации мод монолитных полупроводниковых инжекционных лазеров.

111.3 Ватт-амперные характеристики двухсекционных лазеров на квантовых точках. Оптическая бистабильность.

111.4 Пассивная синхронизация мод двухсекционных лазеров на квантовых точках.

111.5 Синхронизация мод на сталкивающихся импульсах в лазерах на квантовых точках.

111.6 Применение имплантационного поглотителя для синхронизации мод лазеров на квантовых точках. 1 jq

Общая характеристика работы

Работа направлена на изучение динамики излучения полупроводниковых инжекционных лазеров и разработку конструкций, оптимизированных для генерации импульсов света, с малой длительностью и повышенной мощностью. Такие приборы могут быть применены в различных областях, например, для измерения характеристик быстрых фотодетекторов (фотодиоды, ФЭУ, стрик-камеры), определения расстояний (лидары, рефлектометры, томографы), оптоэлектронной генерации электромагнитных волн в миллиметровом диапазоне, в качестве тактового сигнала в оптоволоконных системах связи, для оптической синхронизации элементов компьютеров и других высокочастотных устройств.

Прямые способы генерации импульсов света полупроводниковыми инжекционными лазерами, такие как модуляция усиления, активная модуляция добротности, применение внешних оптических модуляторов используют лишь незначительную часть той полосы частот, которую способны обеспечить полупроводниковые материалы. Это связано с продолжительностью релаксационных процессов в самом лазере, недостаточным быстродействием современных электронных приборов, а также ограничениями, возникающими при передаче электрического сигнала. Отсюда возникает интерес к специальным конструкциям лазеров, импульсный характер излучения которых не связан непосредственно с внешним управлением.

В работе изучаются полупроводниковые лазеры с насыщающимся поглотителем, нелинейные свойства которого используются для генерации мощных шкосекундных импульсов света за счет пассивной модуляции потерь в лазерном резонаторе, периодических пикосекундных или субпикундных

• импульсов, если имеет место пассивная синхронизация мод. При этом рассматриваются наиболее интересные с практической точки зрения монолитные конструкции лазеров (Рис. 1).

Принцип действия этих таких лазеров основан на эффекте насыщения поглощения (усиления) светом, который для полупроводниковых материалов также называют динамическим эффектом Моса-Бурнштейна (Рис. 2). Важнейшими факторами, определяющими динамику излучения лазера, являются энергия насыщения и время релаксации (Рис. 3) в каждой из секций. Как для пассивной синхронизации мод, так и для модуляции добротности, необходима низкая энергия насыщения в секции поглотителя по сравнению с усиливающей секцией: иЛ «ис . Сублинейная зависимость коэффициента усиления от концентрации носителей, типичная для полупроводниковых материалов, автоматически обеспечивает требуемое соотношение энергий насыщения в том случае, если для усилителя и поглотителя используется один и тот же материал Рис. 4. Именно этим предопределяется возможность простой конструкции и технологии изготовления монолитных полупроводниковых лазеров с насыщающимся поглотителем. Другое необходимое требование состоит в том, что время релаксации поглотителя должно быть значительно меньше времени релаксации усилителя тл «тс, причем, учитывая малую длину резонатора монолитных полупроводниковых лазеров, синхронизация мод требует меньшей величины тл, чем модуляция добротности. Существуют два способа уменьшения времени релаксации поглотителя: удаление фотоиндуцированных носителей электрическим полем или обеспечение условий для их ускоренной безызлучательной рекомбинации. В работе используются и тот и другой способы: первый - для синхронизации мод лазеров на квантовых точках (<quantum dots), второй - в основном, для пассивной модуляции добротности лазеров с объемной активной областью. В последнем случае, для ускорения процесса рекомбинации в поглотителе, развивается метод облучения ионами высокой энергии. Такой тип поглотителя обладает рядом выгодных особенностей по сравнению с традиционной пространственно-неоднородной инжекцией/экстракцией носителей или введением поглощающих слоев в лазерную структуру. Основные преимущества заключаются в пригодности метода для мощных импульсных лазеров с активной областью большого объема, обеспечении максимальной степени перекрытия поглотителя с полем излучения, возможности подбирать оптимальное время релаксации насыщения.

Актуальность темы определяется следующим.

1. Лазеры с пассивной модуляцией добротности являются источниками самых мощных, а с синхронизацией мод - самых коротких импульсов излучения. Поэтому, развитие именно этих методов, которое составляет предмет данной работы, ведет к непосредственному улучшению характеристик импульсных полупроводниковых лазеров как таковых и, следовательно, расширению сферы их применения.

2. Ионная имплантация является эффективным способом создания насыщающегося поглотителя в объемном материале, применение которого необходимо, если важна высокая мощность пикосекундных импульсов света. Тем не менее, динамические свойства инжекционных лазеров с имплантационным насыщающимся поглотителем, равно как и физические свойства самого поглотителя, все еще не достаточно хорошо изучены.

3. В настоящее время развитие технологии полупроводниковых наноразмерных гетероструктур, в том числе, квантовых точек, позволяет перейти от фундаментальных исследований их физических свойств к непосредственному созданию новых приборов на их основе. В настоящей работе исследуются лазеры на квантовых точках с пассивной синхронизацией мод.

Цель работы - экспериментальное исследование пикосекундной и субпикосекундной динамики излучения полупроводниковых инжекционных лазеров с насыщающимся поглотителем.

Научная новизна

1. Проведены исследования динамики излучения AlGaAs и InGaAsP диодных лазеров с быстрым насыщающимся поглотителем, сформированным путем облучения тяжелыми ионами (О, N, Аг). При этом в отличие от ранних работ, ионная имплантация проводилась не только со стороны сколотых зеркал, но и сквозь эмиттер, для чего была предложена новая технология облучения через защитную маску.

2. Метод облучения через маску позволяет создавать области насыщающегося поглощения с однородными свойствами, произвольным пространственным положением, размером и формой. Следовательно, открываются новые возможности для изучения свойств измененных в результате торможения ионов полупроводниковых материалов, а также более тонкого воздействия на динамику излучения лазеров через параметры насыщающегося поглотителя, что в частности позволило значительно увеличить энергию импульсов лазеров на основе двойной гетероструктуры (ДГС) с пассивной модуляцией добротности.

3. В работе рассматриваются преимущества лазеров с объемным активным слоем и насыщающимся поглотителем с точки зрения генерации мощных коротких импульсов света методом модуляции добротности, в то время как главные усилия исследователей сосредоточены на лазерах с квантоворазмерной активной областью, не оптимальных для решения данной задачи. Установлено, что большая толщина активного слоя ДГС лазеров и лазеров на основе одинарной гетероструктуры (ОГС) способствует значительному увеличению энергии одиночных импульсов лазеров с пассивной модуляцией добротности при одновременном сокращении их длительности. Это происходит как за счет общего объема активной среды, так и вследствие существенного перекрытия моды с усиливающим слоем.

4. Исследована форма моды лазеров с малым скачком показателя преломления на границе волновода в перпендикулярном плоскости р-п перехода направлении. Волноводные свойства активной области таких лазеров могут существенно изменяться в зависимости от концентрации свободных носителей, что ведет к необычным режимам излучения. Например, продемонстрирована генерация пикосекундных импульсов в ярко выраженной утекающей моде ОГС лазерами с низколегированным эмиттером. Такое поведение объясняется уменьшением показателя преломления волновода с ростом концентрации свободных носителей на фоне изначально слабого волноводного ограничения.

5. Обнаружен эффект синхронизации Фабри-Перо мод в одиночных пикосекундных импульсах, излучаемых полупроводниковыми лазерами с насыщающимся поглотителем. Изучены условия возникновения эффекта в зависимости от скорости релаксации поглотителя и амплитуды накачки. Предложено качественное объяснение явления на основе флуктуационной модели синхронизации мод.

6. Проведено исследование двухсекционных лазеров на InAs/InGaAs квантовых точках. Продемонстрирована генерация коротких импульсов света лазерами на квантовых точках в режиме пассивной синхронизации мод. Намечены пути повышения мощности и расширения диапазона частот повторения импульсов. Доказана возможность применения имплантационного типа поглотителя для синхронизации мод лазеров на квантовых точках.

Практическая ценность работы заключается в следующем: 1. Анализ полученных экспериментальных данных и результатов моделирования позволяет проследить влияние деталей конструкции полупроводникового лазера с насыщающимся поглотителем на его способность генерировать мощные короткие импульсы в режиме модуляции добротности. Определены основные факторы, ограничивающие энергию и длительность излучения. В дальнейшем этот опыт может быть использован при разработке новых устройств, использующих импульсное лазерное излучение.

2. Предложен новый способ создания насыщающегося поглотителя в полупроводниковых лазерах путем имплантации через отверстия в защитной маске, допускающий распределение поглотителя, а также варьирование его объема в широком диапазоне без изменения энергии пучка. Метод не требует предельно высоких энергий ионов, т.е. для создания насыщающегося поглотителя возможно применение стандартных линейных промышленных ускорителей вместо циклотрона. Он позволяет разрабатывать новые конструкции приборов с насыщающимся поглотителем и является мощным инструментом для оптимизации их параметров.

3. Созданы монолитные пикосекундные полупроводниковые лазерные излучатели мощных (0.1 - 500 W) коротких (6 - 40 ps) одиночных импульсов в спектральном диапазоне 650 - 1550 nm, улучшенные характеристики которых достигаются за счет пассивной модуляции добротности.

4. Показано, что полупроводниковые квантовые точки могут быть эффективным интегрированным насыщающимся поглотителем, который необходим для пассивной синхронизации мод монолитных инжекционных лазеров. Таким образом, открыта перспектива применения лазеров на квантовых точках для генерации сверхкоротких импульсов света.

5. Продемонстрирована генерация <2 ps импульсов методом пассивной синхронизации мод лазеров на квантовых точках. Созданы лазеры на длине волны —1.3 jum, что важно для волоконных систем связи и кремниевой оптоэлектроники, и ~1.06 /лт, что позволяет применять стандартные оптические усилители на основе Yb и Nd. Существенно расширен диапазон частот повторения импульсов (5 - 40 GHz), причем нижняя частота уникальна для монолитных полупроводниковых лазеров любого типа. Показана работоспособность данных приборов в условиях повышенной температуры (>60°С).

Совокупность представленных в диссертации исследований позволяет сформулировать следующие научные положения, выносимые на защиту.

1. (О конструкции пикосекундного лазера) В полупроводниковом лазере режимы пассивной модуляции добротности и (или) синхронизация мод могут быть получены путем введения в резонатор интегрированного насыщающегося поглотителя на основе того же самого материала, что и материал активной среды лазера. Это относится как к объемным, так и к квантоворазмерным лазерам. Данная возможность связана со следующими общими свойствами: насыщением усиления/поглощения светом за счет вынужденных переходов, сублинейной зависимостью коэффициента усиления от концентрации носителей, наличием эффективных способов управления темпом релаксации.

2. (О длительности импульсов излучения) Режим пассивной модуляции добротности в лазерах с имплантированным насыщающимся поглотителем приводит к наиболее коротким импульсам света в случае объемной активной среды. Это связано, прежде всего, с высоким модовым коэффициентом усиления таких лазеров.

3. (О мощных пикосекундных лазерах). Для получения наиболее мощных пикосекундных импульсов света необходима максимальная толщина активной области при сохранении основной пространственной моды, что наилучшим образом обеспечивается в ОГС лазерах. К сожалению, это не приводит к соответствующему сокращению длительности импульса по сравнению с ДГС лазерами, что объясняется эффектом насыщения усиления вследствие недостаточной скорости внутризонной релаксации.

4. (Об угловом распределении излучения ОГС пикосекундного лазера) Дополнительный пик в дальнем поле со стороны подложки, наблюдаемый в мощных пикосекундных ОГС лазерах с имплантированным поглотителем и со слаболегированным широкозонным эмиттером, связан с образованием утекающего волновода в результате эффекта сверхинжекции и уменьшения коэффициента преломления с ростом концентрации носителей. и

5. (О влиянии геометрии поглотителя). Геометрия расположения насыщающегося поглотителя является существенным фактором для лазеров с пассивной модуляцией добротности. Более выгодным для получения мощных импульсов света методом модуляции добротности является распределенное положение нескольких поглощающих секций вдоль резонатора.

6. (О механизме и темпе процесса синхронизации мод). В полупроводниковых лазерах с насыщающимся поглотителем процесс синхронизации мод стартует из флуктуации, обусловленной интерференцией продольных мод со случайными фазами. Высокий темп этого процесса в случае малого времени релаксации поглотителя является причиной синхронизации мод, которую можно наблюдать в одиночных импульсах вблизи порога.

7. (О пассивной синхронизации мод лазеров на квантовых точках). Квантовые точки являются подходящей средой для использования в качестве интегрированного насыщающегося поглотителя для достижения пассивной синхронизации мод полупроводникового лазера. Автопульсации на частоте релаксационных колебаний принципиально возможны, однако они не свойственны лазерам на квантовых точках. Это обусловлено как низким модовым усилением, так и на порядок большей по сравнению с другими типами лазеров нелинейностью усиления, и выгодно с точки зрения устойчивой работы лазера в режиме синхронизации мод.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международной зимней школе по физике полупроводников (С.-Петербург -Зеленогорск, 2 марта 1998 г.), IXth Conference on Laser Optics (St. Petersburg, June 22-26, 1998), 50th Scottish Universities Summer School in Physics (University of St. Andrews, Scotland, 21 June-4 July, 1998), IEEE 16th International Semiconductor Laser Conference (Nara, Japan, 4-8 October, 1998), Международном семинаре по оптоэлектронике (С.-Петербург, 5-6 ноября

1998), Xth Conference on Laser Optics (St.Petersburg, Russia, 26-30 June, 2000), l

IEEE 17th International Semiconductor Laser Conference (25-28 Sept. 2000, Monterey, CA, USA), Conference on Lasers and Electro-Optics (7-12 May 2000, San Francisco, CA, USA), International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (14-18 May 2000, Williamsburg, VA, USA), 10th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology (St. Petersburg, Russia, June 17-21, 2002), 12th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology (St Petersburg, Russia, 21-25 June 2004), IEEE 19th International Semiconductor Laser Conference (Matsue-shi, Simane Pref., Japan, 21-25 September 2004), 13th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology (St Petersburg, Russia, June 20-25, 2005). Публикации.

• Результаты диссертационной работы опубликованы в 16 печатных работах. Основное содержание работы изложено в трех главах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные результаты этой работы можно кратко сформулировать следующим образом:

1. Экспериментально и теоретически исследованы инжекционные лазеры с пассивной модуляцией добротности и синхронизацией мод, на основе объемной (ДГС, ОГС) и квантово-размерной (квантовые ямы, точки) активной области. Рассмотрены основные факторы, ответственные за динамику излучения.

2. Показано, что использование лазеров с объемным активным слоем предпочтительнее для пассивной модуляции добротности, поскольку при этом обеспечивается как большая мощность, так и меньшая длительность импульсов излучения. Причиной является большее число инверсно заселенных уровней и большее модовое усиление.

3. Предложена новая конструкция лазера, включающая несколько секций имплантационного поглотителя, которые распределены вдоль резонатора, и разработана эффективная технология изготовления таких приборов.

4. Продемонстрировано преимущество многосекционной конструкции лазера для пассивной модуляции добротности по сравнению с обычной двухсекционной конструкцией. Эффект достигается в результате уменьшения подавления усиления вследствие пространственной неоднородности излучения, приводящей к выжиганию "дыры", а также снижения уровня усиленного спонтанного излучения.

5. Экспериментально доказана перспективность применения квантовых точек для монолитных лазеров с пассивной синхронизацией мод и исследованы некоторые особенности точек, ведущие к улучшению характеристик таких лазеров.

6. Прикладным результатом работы является создание новых импульсных полупроводниковых источников света с рекордными параметрами по мощности, длительности импульсов, температурной стабильности.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Г.Б. Венус, И.М. Гаджиев, А.Е. Губенко, E.JI. Портной, А.А. Хазан: "Получение режима модуляции добротности в лазерах на основе одинарной гетероструктуры и генерация сверхмощных пикосекундных оптических импульсов", Письма в ЖТФ, 1997, том 23, вып. 4, стр. 11-16.

2. А.Е. Губенко, Г.Б. Венус, И.М. Гаджиев, А.А. Хазан, E.JI. Портной: "Околопороговые режимы генерации диодных лазеров с быстрым насыщающимся поглотителем", Международная Зимняя Школа по Физике Полупроводников. Тезисы докладов молодых ученых, С.-Петербург-Зеленогорск, 2 марта 1998, стр. 3.

3. A. Gubenko, Е. Portnoi, G. Venus, N. Il'inskaia, I. Gadjiev, J. Frahm: "Q-switched and mode-locked QW diode lasers with implanted multisectional saturable absorber," IEEE 16th International Semiconductor Laser Conference, Nara, Japan, 48 Oct. 1998, pp. 253-254.

4. А.Е. Губенко, Г.Б. Венус, Н.Д. Ильинская, E.JI. Портной: "Синхронизация мод на сталкивающихся импульсах в многосекционных диодных лазерах с имплантированным насыщающимся поглотителем", Международный семинар по оптоэлектронике - тезисы докладов, С.-Петербург, 5-6 ноября 1998, стр.27.

5. А.Е. Губенко, Г.Б. Венус, И.М. Гаджиев, E.JI. Портной: "Синхронизация мод и модуляция добротности вблизи порога в диодных лазерах с быстрым насыщающимся поглотителем", Письма в ЖТФ, 1999, том 25, вып. 9, стр.15-22.

6. Г.Б. Венус, И.М. Гаджиев, А.Е. Губенко, Н.Д. Ильинская, Е.Л. Портной: "Пикосекундные полупроводниковые лазеры с многосекционным насыщающимся поглотителем созданные имплантацией тяжелых ионов", Письма в ЖТФ, 1999, том 25, вып. 13, стр. 4-9.

7. G. Venus, A. Gubenko, V. Dashevskii, Е. Portnoi, Е. Avrutin, J. Frahm, J. Kubler, S. Schelhase, A. Paraskevopoulos: "Multi-section ion-implantation-induced saturable absorbers for high-power 1.5-цт picosecond laser diodes," IEEE 17th International Semiconductor Laser Conference (ISLC), 25-28 Sept. 2000, Monterey, CA, USA, pp. 145-146.

8. A. Paraskevopoulos, H.-J. Hensel, S. Schelhase, J. Frahm, J. Kubler, A. Denker, A. Gubenko, E.L. Portnoi: "High-power, picosecond pulse generation from surface implanted InGaAsP/InP (A. =1.53 цт) laser diodes," Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), 7-12 May 2000, San Francisco, CA, USA, p.99.

9. A. Paraskevopoulos, H.-J. Hensel, S. Schelhase, J. Frahm, J. Kubler, A. Denker, A. Gubenko, E.L. Portnoi: "On-wafer" surface implanted high power, picosecond pulse InGaAs/InP (A, - 1.53-1.55 цт) laser diodes," International Conference on Indium Phosphide and Related Materials, 14-18 May 2000, Williamsburg, VA, USA, pp.278-781.

10. G.B. Venus, A. Gubenko, Efim L. Portnoi, Eugene A. Avrutin, Jan-Michael Frahm, J. Kubler, and S. Schelhase: "Use of nanostructure-cluster-based ion-implantation-induced saturable absorbers in multisection high-power 1.5-|im picosecond laser diodes," Proceedings of SPIE — Volume 5023, June 2002, pp. 383386.

11. Alexey R. Kovsh, Nikolai N. Ledentsov, Sergei S. Mikhrin, Alexey E. Zhukov, Daniil A. Livshits, Nikolay A. Maleev, Mikhail V. Maximov, Victor M. Ustinov, Alexey E. Gubenko, Igor M. Gadjiev, Efim L. Portnoi, Jyh Shyang Wang,

Jim Y. Chi, Donald N. Ouyang, Dieter Bimberg, James A. Lott: "Long-wavelength (1.3-1.5 micron) quantum dot lasers based on GaAs," Proceedings of SPIE ~ Volume 5349, June 2004, pp. 31-45.

12. A.E. Gubenko, I.M. Gadjiev, N.D. Il'inskaya, Yu.M. Zadiranov, A.E. Zhukov, V.M. Ustinov, Zh.I. Alferov, A.R. Kovsh, D.A. Livshits, N.N. Ledentsov and E.L. Portnoi: "Mode-locking at 9.7 GHz repetition rate with 1.7 ps pulse duration in two-section QD lasers," IEEE 19th International Semiconductor Laser Conference (ISLC), Matsue-shi, Simane Pref., Japan, 21-25 Sept. 2004, pp. 51-52.

13. A.E. Gubenko, I.M. Gadjiev, N.D. Il'inskaya, Yu.M. Zadiranov, A.R. Kovsh, N.N. Ledentsov, A.E. Zhukov, D.A. Livshits, V.M. Ustinov, Zh.I. Alferov and E.L. Portnoi: "Supershort light pulses by passive mode-locking of QD laser diode," 12th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, St Petersburg, Russia, 21-25 June 2004, pp. 69-70.

14. I.M. Gadjiev, A.E. Gubenko, M.S. Buyalo, E.L. Portnoi, A.R. Kovsh, S.S. Mikhrin, I.L. Krestnikov and N.N. Ledentsov: "Q-switching and mode-locking in QD lasers at 1.06 цт," 13th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, St Petersburg, Russia, June 20-25, 2005, pp. 83-84.

15. N.S. Averkiev, V.V. Nikolaev, M.Yu. Poliakov, A.E. Gubenko, I.M. Gadjiev and E.L. Portnoi: "Analysis of bistable quantum dot injection laser," 13th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, St Petersburg, Russia, June 20-25,2005, pp. 108-109.

16. A. Gubenko, D. Livshtis, I. Krestnikov, S. Mikhrin, A. Kozhukhov, A. Kovsh, N. Ledentsov, A. Zhukov, and E. Portnoi: "High-power monolithic passively mode-locked quantum-dot laser," accepted for publication in Electronics Letters, 2005.

Заключение.

Таким образом, проведено исследование динамики излучения монолитных полупроводниковых инжекционных лазеров с насыщающимся поглотителем, генерирующих в режиме пассивной модуляции добротности и синхронизации мод. При этом в качестве поглотителя использовались пассивные участки внутри резонатора, которые формировались двумя способами: путем ионной имплантации и в виде обратно смещенного отщепленного контакта.

1. R. J. Collins, D.F. Nelson, A. L. Shawlow, W. Bond, С. B. Garret, and W. Kaizer, Phys. Rev. Letters, vol. 5, p. 303, 1960.

2. N.G. Basov, "0-1 -Dynamics of injection lasers", IEEE J. Of QE-4, N11, pp.855864.

3. Lee, T.P., and R. H. Roldan, "Repetitively Q-switched light pulses from GaAs injection lasers with tandem double-section stripe geometry", IEEE J. Of Quantum Electronics, Vol. 6, 1970, pp. 339-352.

4. Ривлин JI.A., Семенов A.T., Якубович С.Д., "Динамика и спектры полупроводниковых лазеров", М., 1983,207 стр.

5. P. Vasil'ev "Ultrafast diode lasers: fundamentals and application", 1995, Artech House, Inc., 685 Canton Street Norwood, MA 02062, USA.

6. В.Д. Курносов, В.И. Магаляс, A.A. Плешков, Л.А. Ривлин, В.Г. Трухан, В.В. Цветков, "Автомодуляция излучения инжекционного полупроводникового квантового генератора", ПЖЭТФ, т.4, вып.2, с. 449453 (1966).

7. E.S. Yang, P.G. McMullin, A.W. Smith, J. Blum, and K.K. Shih, "Degradation-induced microwave oscillations in double-heterostructure injection lasers", Appl. Phys. Lett., vol. 24, p. 324, 1974.

8. D. Schicketanz, J. Wittmann, G. Zeidler, "Effect of degradation-induced absorbtion in GaAs-D.H.S. laser diodes", Electron. Lett., vol. 10, p. 252, 1974.

9. R.W. Dixon, W. B. Joice, "A possible model for sustained oscillations (Pulsations) in (Al,Ga)As Double-Heterostructure Lasers", IEEE J. Of Quantum Electronics, Vol. 15, 1979^ pp. 470-474.

10. Van der Ziel, J. P., W. T. Tsang, L. A. Logan, and W. M. Augustyniak, "Pulsating output of separate confinement buried optical guide lasers due to deliberate introduction of saturable loss", Applied Physics Letters, Vol. 39, 1981, pp. 376-378.

11. Ж.И. Алферов, А.Б.Журавлев, Е.Л.Портной, Н.М.Стельмах, "Генерация пикосекундных импульсов в инжекционных гетеролазерах с модулированной добротностью", Письма в ЖТФ, том 12, вып.18, стр.1093-1098,(1986).

12. Ж.И.Алферов, А.Б.Журавлев, В.И.Кучинский, Е.Л.Портной, Г.М.Гусинский, В.О.Найденов, Н.М.Стельмах, "Гетеролазер с модулированной добротностью", Авторское Свидетельство СССР N 1464858 с приоритетом от 3 июня 1987г.

13. Е.Л. Портной, Н.М. Стельмах, А.В. Челноков, "Характеристики гетеролазеров с насыщающимся поглотителем, полученным глубокой имплантацией ионов", Письма в ЖТФ, т. 15, вып. 11, с. 44-48, 1989.

14. Стельмах Н. М., "Генерация пико- и субпикосекундных оптических импульсов инжекционными гетеролазерами", Диссертация на соискание ученой степени Кандидата физико-математических наук, ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина), Ленинград, 1989.

15. Аврутин Е. А., "Динамические и спектральные свойства полупроводниковых интегрально-оптических лазерных излучателей", Диссертация на соискание ученой степени Кандидата физико-математических наук, ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург, 1993.

16. Аврутин Е.А., Портной М.Е., " Оценка времени жизни в полупроводнике, облученном тяжелыми ионами", ФТП, т. 22, в. 8, 1988, с. 1524-1526.

17. N. Stelmakh, J. Mangeriey, A. Alexandrou,E. L. Portnoi, "Intensity-invariant subpicosecond absorption saturation in heavy-ion irradiated bulk GaAs", Applied Physics Letters — December 21, 1998 ~ Volume 73, Issue 25, pp. 37153717.

18. G.J. Lasher, "Analysis of a proposed bistable injection laser", Solid-State Electron., vol. 7, pp. 707-716, 1964.

19. C.H. Henry, "Teory of defect-induced pulsations in semiconductor injection lasers", J. Appl. Phys., vol. 51, pp. 3042-3050, 1980.

20. M. Kuznetsov, "Pulsations of semiconductor lasers with a proton bombarded segment: well-developed pulsations", IEEE J. Of Quantum Electronics, vol. 21, 1985, pp. 587-592.

21. M. Ueno and Roy Lang, "Conditions for self-sustained pulsation and bistability in semiconductor lasers", J. Appl. Phys. V. 58, 1985, pp. 1689-1692.

22. M.G. Adams, M. Osinski, "Influence of spectral hole-burning on quaternary laser transients", Electronics Letters, vol.19, 1983, pp. 627-628.

23. K.L. Hall, J. Mark, E.P. Ippen, and G. Eisenstein, "Femtosecond gain dynamics in InGaAsP optical amplifiers", Applied Physics Letters, vol. 56, 1990, pp. 1740-1742.

24. B.N. Gomatam and A.P. DeFonzo, "Theory of hot carrier effects on nonlinear gain in GaAs-AlGaAs Lasers and amplifiers", IEEE J. Of Quantum Electronics, vol. 26, 1990, pp. 1689-1704.

25. E.JI. Портной, E. А. Аврутин, А. В. Челноков, "Влияние нелинейного усиления на характеристики режима модуляции добротности в полупроводниковых лазерах с быстрым насыщающимся поглотителем", Письма в ЖТФ, 1991, т. 17, в. 11, с. 49-52.

26. E.L. Portnoi, E.A. Avrutin, and A.V. Chelnokov, "Nonlinear effects in picosecond high power diode lasers", Joint Soviet-American Workshop on the Physics of Semiconductor Lasers, May 20 June 3 1991, pp. 58-66.

27. K.Y. Lau, "Gain switching of semiconductor lasers", Appl. Phys. Lett., vol. 52, 1988, pp. 257-259.

28. Zhu В., White I.H., Williams K.A., Laughton F.R., // IEEE Photonics Technology letters. 1996. V. 8. P. 503-505.

29. Jiang Z., Tsang H.K., Wang W., Wang Z., Wang X., Wang Q. // 15 th International Semiconductor laser Conference. 1996.Haifa, Israel, Th. 1.3. P. 159-160.

30. F.Volpe, V.Gorfinkel, J.Sola, and G.Kompa, "140/40 pS single optical pulses for laser sensor application," presented at the Conf. Lasers and Electro-Optics (CLEO) Anaheim, С A, May 1994.

31. Г.Б.Венус, И.М.Гаджиев, А.М.Губенко, Е.Л.Портной, А.А.Хазан, "Получение режима модуляции добротности в лазерах на основе одинарной гетероструктуры и генерация сверхмощных пикосекундных оптических импульсов", ПЖТФ, 1997, том 23.

32. E.L. Portnoi, G.B. Venus, A.A. Khazan, I.M. Gadjiev, A.Yu. Shmartcev, J. Frahm, D. Kuhl, "Superhigh Power Picosecond Optical Pulses from Q-Switched Diode Laser", IEEE J. Select. Topics Quantum Electron, Vol.3, no.2, pp.256260, 1997.

33. R. Ulrich and W. Prettl, "Planar leaky light-guides and couplers," I on Appl. Phys., vol. 1, no. 1, pp. 55-68, 1973.

34. Y. Tsuji and M. Koshiba "Guided-Mode and Leaky-Mode Analysis by Imaginary Distance Beam Propagation Method Based on Finite Element Scheme", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 18, NO. 4, APRIL 2000.

35. O. Solgaard, M.H. Kiang, and K.Y. Lau, "Pulse buildup in passively mode-locked monolitic quantum well semiconductor lasers", Applied Phys. Lett., 1993, V.63, N15, p. 2021-2023.

36. А.Е. Губенко, Г.Б. Венус, И.М. Гаджиев, ЕЛ. Портной, "Синхронизация мод и модуляция добротности вблизи порога в диодных лазерах с быстрым насыщающимся поглотителем",ПЖТФ, 1999, том 25, вып. 9.

37. Kryukov, P.; Letokhov, V. "Fluctuation mechanism of ultrashort pulse generation by laser with saturable absorber", IEEE Journal of Quantum Electronics, Volume 8, Issue 10, Oct 1972 Page(s):766 782.

38. W. Yang and A. Gopinath, "Study of passive mode locking of semiconductor lasers using time-domain modeling," Appl. Phys. Lett., vol. 63, pp. 2717-2719, 1993.

39. А.Б.Журавлев, В.А.Марущак, Е.Л.Портной, Н.М.Стельмах, А.Н.Титков, "Время жизни неравновесных носителей заряда в p-GaAs , облученном ионами кислорода", ФТП, том 22, вып. 2, стр. 352-354, (1988 )

40. R.I. Dzhioev, А.В. Zhuravlev, E.L. Portnoi, A.N. Titkov, "Lifetime of nonequilibrium carriers in proton-bombarded GaAs", So v. Tech. Phys. Lett. (USA), vol. 16, no. 2, p. 161-162 (Feb. 1990). Trans, of Pis'ma v Zh. Tekh. Fiz. (USSR)

41. С. Шапиро, " Сверхкороткие световые импульсы ", стр.119-123, Издательство " Мир ", Москва, 1981.

42. Р.Р Vasil'ev, "Picosecond injection laser: A new technique for ultrafast Q-switching", IEEE J. Of Quantum Electronics, vol. 24, pp. 2386-2391, 1988.

43. P.P. Vasil'ev, "High-power high frequency picosecond pulse generation by passively Q-switched 1.55 mkm diode lasers", IEEE J. Of Quantum Electronics, vol. 29, pp. 1687-1692,1993.

44. Y.K. Chen, M.C. Wu, T. Tanbun-Ek, R.A. Logan, and M.A. Chin, "Subpicosecond monolithic colliding-pulse mode-locked multiple quantum well lasers", Appl.Phys.Lett., v.58, 1991, pp. 1253-1255.

45. Y. K. Chen and M. C. Wu, "Monolithic colliding-pulse modelocked quantum-well lasers," IEEE J. Quantum Electron., vol. 28, pp. 2176-2185, 1992.

46. H. Fan, C. Wu, M. El-Aasser, N. K. Dutta, U. Koren, and A. B. Piccirilli, "Colliding Pulse Mode-Locked Laser", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 12, NO. 8, AUGUST 2000.

47. J. F. Martins-Filho, E. A. Avrutin, C. N. Ironside, and J. S. Roberts,"Monolithic multiple colliding pulse mode-locked quantum-well lasers:Experiment and theory," IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., vol. 1, pp. 539-551, June 1995.

48. E.L. Portnoi, A.V. Chelnokov, "Passive mode locking in a short-cavity diode laser", 12 th IEEE International Semiconductor Laser Conference, Davos, Sept. 9-14, 1990, Conference Digest, p. 140-1.

49. M.A.Golov, G.E.Stengel, E.A.Avrutin, "250-GHz passive mode-locking of semiconductor injection lasers". E.L.Portnoi, Semiconductor & Integrated OptoElectronics (SIOE*92) Conference. Cardiff, UK, 31 March 1992- Conf. Digest, paper 5, (1992)

50. Пикосекундные полупроводниковые лазеры с многосекционным насыщающимся поглотителем, созданные имплантацией тяжелых ионов, ПЖТФ, 1999, том 25, вып. 13.

51. А.Е. Gubenko, G.B. Venus, N.D. Il'inskaya, E.L. Portnoi, "Implanted by heavy ions Q-switched semiconductor lasers for time-resolved optical tomography", Tech. Program of Xth Conference on Laser Optics,St.Petersburg, Russia, June 26- June 30, 2000.

52. Ziegler F., Biersack J., Littmark U. "The Stopping Powers and Ranges of Ions in Matter. Pergamon", N.Y., 1985. Vol. 1.

53. В.М.Бусов, Г.Б.Венус, Г.М.Гусинский, Н.Д.Ильинская, В.О.Найденов, А.А.Пастернак, Е.Л.Портной, С.И.Трошков,"Визуализация области проецированного пробега ионов Аг при облучении GaAs", ПЖТФ, 2000, том 26, выпуск 2.

54. A.B. Zhuravlev, Yu.V. Marakhonov, E.L. Portnoi, A.E. Fedorovich,"Optical absorption in thin GaAs films after high-energy implantation of nitrogen and oxygen ions" I.A. El'yashevich, Sov. Tech. Phys. Lett. (USA), vol. 14, no. 10, p. 811-3 (Oct. 1988).

55. K. Giirs, "Beats and modulation in optical ruby lasers," in Quantum Electronics III, P. Grivet and N. Bloembergen, Eds. New York: Columbia Univ. Press, 1964, pp. 1113-1119.

56. H. Statz and C. L. Tang, "Zeeman effect and nonlinear interactions between oscillating laser modes," in Quantum Electronics III, P. Grivet and N. Bloembergen, Eds. New York: Columbia Univ. Press, 1964, pp. 469-498.

57. M. DiDomenico, "Small-signal analysis of internal (coupling type) modulation of lasers," J. Appl. Phys., vol. 35, pp. 2870-2876, 1964.

58. L. E. Hargrove, R. L. Fork, and M. A. Pollack, "Locking of He-Ne laser modes induced by synchronous intractivity modulation," Appl. Phys. Lett., vol. 5, pp. 4-6, 1964.

59. A. Yariv, "Internal modulation in multimode laser oscillators," J. Appl. Phys., vol. 36, pp. 388-391, 1965.

60. H.W. Mocker and R. J. Collins, "Mode competition and self-locking effects in a Q-switched ruby laser," Appl. Phys. Lett., vol. 7, pp. 270-272, 1965.

61. Edited by Martin E. Fermann, Almantas Galvanauskas, Gregg Sucha, "Ultrafast Lasers: Technology and Applications", 800 pages, Marcel Dekker, USA (2002).

62. Thomas Brabec and Ferenc Krausz, "Intense few-cycle laser fields: Frontiers of nonlinear optics", Reviews of Modern Physics, Vol. 72, No. 2, April 2000, pp. 545-591

63. H.A. Haus, "Mode-Locking of Lasers", IEEE JOURNAL ON SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 6, NO. 6, NOVEMBER/DECEMBER 2000, pp. 1173-1185.

64. E.A Avrutin, J.H. Marsh, E.L. Portnoi, "Monolithic and multi-gigahertz mode-locked semiconductor lasers: constructions, experiments, models and applications", IEE Proceedings-Optoelectronics vol.147, no.4, p.251-78 (2000).

65. P. P. Vasil'ev and A. B. Sergeev, "Generation of bandwidth-limited 2 ps pulses with 100 GHz repetition rate from multisegmented injection laser," Electron. Lett., vol. 25, pp. 1049-1050, Aug. 1989.

66. Semiconductor Laser Conference (September 19-23, 1994, Maui, Hawaii, USA), Conference Digest, paper P13.

67. D.A. Yanson, M.W. Street, S.D. McDougall, I.G. Thayne, J.H. Marsh, E.A. Avrutin, "Terahertz repetition frequencies from harmonic mode-locked monolithic compound-cavity laser diodes", Applied Physics Letters vol.78, no.23 p.3571-3 (2001).

68. D.A. Yanson, M.W. Street, S.D. McDougall, I.G. Thayne, J.H. Marsh, E.A. Avrutin,"Ultrafast harmonic mode-locking of monolithic compound-cavity laser diodes incorporating photonic bandgap reflectors", IEEE J. QE, vol.38, N1 (Jan 2002), pp. 1-11

69. S. Arahira, S. Oshiba, Y. Matsui, T. Kunii, and Y. Ogawa, "Terahertz rate optical pulse generation from a passively mode-locked semiconductor laser diode," Opt. Lett., vol. 19, pp. 834-836, 1994.

70. S. Arahira, Y. Matsui, and Y. Ogawa, "Mode-locking at very high repetition rates more than terahertz in passively mode-locked distributed-Bragg-reflector laser diodes," IEEE J. Quantum Electron., vol. 32, pp. 1211-1224, 1996.

71. Lau, K.Y.; "Short-pulse and high-frequency signal generation in semiconductor lasers, Lightwave Technology", Volume 7, Issue 2, Feb. 1989 Page(s):400 -419

72. D. J. Derickson, R. J. Helkey, A. Mar, J. R. Karin, J. G. Wasserbauer, and J. E. Bowers, "Short pulse generation using multisegment modelocked semiconductor lasers," IEEE J. Quantum Electron., vol. 28, pp. 2186-2202, 1992.

73. Peter P Vasil'ev, Ian H White and John Gowar, "Fast phenomena in semiconductor lasers", Rep. Prog. Phys. 63 (2000) 1997-2042.

74. К A Williams, M G Thompson and I H White "Long-wavelength monolithic mode-locked diode lasers", New Journal of Physics 6(2004), pp

75. V.A.Shchukin, N.N.Ledentsov, D.Bimberg "Epitaxy of Nanostructures", Series: NanoScience and Technology, Springer 2004.

76. V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, N.A.Maleev "Quantum Dot Lasers", Series on Semiconductor Science and Technology, Oxford University Press 2003.

77. Dingle R and Henry С H 1976 US Patent 3 982.

78. Arakawa Y and Sakaki H 1982 Appl. Phys. Lett. 40 939.

79. Asada M et al 1986 IEEE J. Quantum Electron. QE-22 1915.

80. C. Xing and E. A. Avrutin "Multimode spectra and active mode locking potential of quantum dot lasers", Journal of Applied Physics ~ 15 May 200

81. A. Markus, J. X. Chen, O. Gauthier-Lafaye, J. Provost, C. Paranthoen, and A. Fiore, "Impact of intraband relaxation on the performance of a quantum dot laser," IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., vol. 9, pp. 1308-1314, Sept./Oct. 2003.

82. D. Bimberg, N. Kirstaedter, N. N. Ledentsov, Z. I. Alferov, P. S. Kopev, and V. M. Ustinov, "InGaAs-GaAs quantum-dot lasers," IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., vol. 3, pp. 196-205, Apr. 1997.

83. C.H. Henry, R.A. Logan, K.A. Bertness, "Spectral dependence of the change in refractive index due to carrier injection in GaAs lasers", J.Appl.Phys. v. 52, N7, pp.4457-4461(1981).

84. M. Osinski and J. Buus, "Linewidth broadening factor in semiconductor lasers—An overview," IEEE J. Quantum Electron., vol. QE-23, pp. 9-28, Jan. 1987.

85. Bakonyi, Z.; Onishchukov, G.; Tunnermann, A.; Su, H.; Lester, L.F.; Gray, A.L.; Newell, T.C.; "Quantum dot (InAs/InGaAs DWELL) semiconductor optical amplifier", Conference on Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO), 22-27 June 2003 Page(s): 174.

86. Schneider, S.; Borri, P.; Langbein, W.; Woggon, U.; Sellin, R.L.; Ouyang, D.; Bimberg, D.; "Linewidth enhancement factor in InGaAs quantum-dot amplifiers", IEEE Journal of Quantum Electronics, Volume 40, Issue 10, Oct. 2004 Page(s):1423 -1429.

87. Hery Susanto Djie, and Ting Mei, "Plasma-Induced Quantum Well Intermixing for Monolithic Photonic Integration", IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 11, NO. 2, MARCH/APRIL 2005, pp. 373-382

88. Erik J. Skogen, James W. Raring, Gordon B. Morrison, Chad S. Wang, Vikrant Lai, Milan L. Masanovic, and Larry A. Coldren, "Monolithically Integrated Active Components: A Quantum-Well Intermixing Approach, IEEE JOURNAL

89. OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 11, NO. 2, MARCH/APRIL 2005, pp. 343-355.

90. Kasper, E., Paul, D.J. "Silicon Quantum Integrated Circuits. Silicon-Germanium Heterostructure Devices: Basics and Realisations" Series: NanoScience and Technology, 2005, XII, 361 p. 263 illus., 4 in colour., Hardcover, ISBN: 3-540-22050-X

91. Gaburro, Z., "Optical interconnect", in Silicon Photonics; 2004; Vol.94, pp. 121176, Pavesi L & Lockwood, D. J., Topics in Applied Physics, Springer Verlag, 2004.

92. Xiaodong Huang, A. Stintz, Hua Li, L. F. Lester, Julian Cheng, and K. J. Malloy Passive mode-locking in 1.3 mu m two-section InAs quantum dot lasers, Appl. Phys. Lett. 78, 2825 (2001).

93. Alexey R. Kovsh et al., Long-wavelength (1.3-1.5 micron) quantum dot lasers based on GaAs, Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 5349, 31 (2004)

94. Gubenko IEEE 19th International Semiconductor Laser Conference Digest., 2004, pp. 51-52.

95. Gubenko A.E., 12th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" ,St. Petersburg, Russia, June 21-25, 2004, pp. 69-70.

96. N.S Averkiev, V.V. Nikolaev, M.Yu. Poliakov, A.E. Gubenko, I.M. Gadjiev and E.L. Portnoi "Analysis of bistable quantum dot injection laser", 13th Int. Symp.

97. Nanostructures: Physics and Technology , St. Petersburg, Russia, June 20-25, 2005, pp.

98. Thompson M G et al, "Hybrid and passive mode-locking of quantum dot lasers at ~10 GHz", 11th European Conference on Integrated Optics (ECIO), Czech Republic, 2-4 April 2003, post deadline paper FrPDl.

99. Optical Communication (ECOC-2005), Glasgo, Scotland, 27 September, 09:00-09:15.

100. Dieter Bimberg "Quantum dots for lasers, amplifiers and computing", J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005) 2055-2058

101. P. A. Morton, R. J. Helkey, and J. E. Bowers, "Dynamic detuning in actively mode-locked semiconductor lasers," IEEE J. Quantum Electron., vol. 25, pp. 2621-2633, Dec. 1989.

102. Schell, M.; Bimberg, D.; Kamiya, Т.; On the locking range of hybridly mode-locked semiconductor lasers Photonics Technology Letters, IEEE Volume 8, Issue 8, Aug. 1996 Page(s):1004- 1006

103. E. A. Avrutin, J. M. Arnold, and J. H. Marsh, "Analysis of dynamics of monolithic passively mode-locked laser diodes under external periodic excitation," Proc. IEE Pt. J., vol. 143, pp. 81-88, 1996.

104. H. A. Haus, "Theory of mode locking with a slow saturable absorber, "IEEE J. Quantum Electron., vol. QE-11, pp. 736-746, Sept. 1975.

105. R. G. M. P. Koumans and R. Van Roijen, "Theory for passive modelocking in semiconductor laser structures including the effects of selfphase modulation, dispersion and pulse collisions," IEEE J. Quantum Electron., vol. 32, pp. 1782— 1790, Mar. 1996.

106. J. A. Leegwater, "Theory of mode-locked semiconductor lasers," IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., vol. 32, pp. 1782-1790, Oct. 1996.

107. Ruhai Guo, Hongyan Shi, and Xiudong Sun "Theoretical calculation of quantum-confined stark effect in InAs/GaAs self-assembled quantum dots", Proceedings of SPIE Volume 5635, February 2005, pp. 313-324

108. Weidong Sheng and Jean-Pierre Leburton "Enhanced intraband Stark effects in stacked InAs/GaAs self-assembled quantum dots", Applied Physics Letters — February 26, 2001 Volume 78, Issue 9, pp. 1258-1260.

109. Susa, N.,"Quantum-confined Stark effects in semiconductor quantum disks", IEEE Journal of Quantum Electronics, Volume 32, Issue 10, Oct 1996 Page(s): 1760 1766.

110. Daniel R. Matthews, Gareth T. Edwards, Huw D. Summers, and Peter M. Smowton "Saturable absorber characteristics in quantum dot lasers" Proceedings of SPIE Volume 5365, May 2004, pp. 96-106.

111. H. Kawaguchi and G. Iwane, "Bistable operation In semiconductor lasers with inhomogeneous excitation," Electron. Lett., vol. 17, pp. 167-l68rFeb. 1981.

112. C.Ch. Harder, K. Y. Lau, and A. Yariv, "Bistability and pulsations inCW semiconductor lasers with a controlled amount of saturable absorption," App. Phys. Lett., vol. 39, no. 5, pp. 382-384, 1981.

113. Harder, С., К. Y. Lau, and A. Jariv, "Bistability and pulsations in semiconductor lasers with inhomogeneous current injection", IEEE J. Of Quantum Electronics, Vol. 18, 1982, pp. 1351-1361.

114. Kucharska, A.I.; Blood, P.; Fletcher, E.D.; Hulyer, P.J.; "Bistability in inhomogeneously pumped quantum well laser diodes", IEE Proceedings J Optoelectronics, Volume 135, Issue 1, Feb. 1988 Page(s):31 -33

115. Uenohara, H.; Kawamura, Y.; Iwamura, H.; Long-wavelength multiple-quantum-well voltage-controlled bistable laser diodes Quantum Electronics, IEEE Journal of Volume 31, Issue 12, Dec. 1995 Page(s):2142 2147

116. M. Kuznetsov, "Theory of bistability in two-segment diode lasers," Opt. Lett., vol. 19, pp. 399-401, Aug. 1985.

117. H. Kawaguchi, "Absorptive and dispersive bistability in semiconductor injection lasers," Opt. Quantum Electron., vol. 19, pp. S1-S36, July 1987.

118. H.Kawaguchi, 'Testabilities and Non Linearities in Laser Diodes", Norwood, MA: Artech House, 1994

119. Matthews, D.R.; Summers, H.D.; Smowton, P.M.; Hopkinson, M.;"Self-sustained Q-switching in InGaAs quantum dot lasers, IEEE 18th InternationalSemiconductor Laser Conference, 29 Sept.-3 Oct. 2002 Page(s):75 -76

120. Owen, A.; Rees, P.; Pierce, I.; Matthews, D.; Summers, H.D. "Theory of Q-switching in a quantum-dot laser diode", IEE Proceedings-Optoelectronics, Volume 150, Issue 2, 18 April 2003 Page(s): 152 158.

121. Huw D. Summers, Daniel R. Matthews, Peter M. Smowton, Paul Rees, Mark Hopkinson,"Laser dynamics in self-pulsating quantum dot systems", Journal of Applied Physics -- February 1, 2004 -- Volume 95, Issue 3, pp. 1036-1041.

122. Matthews, D.R.; Summers, H.D.; Smowton, P.M.; Blood, P.; Rees, P.; Hopkinson, M.;Dynamics of the wetting-Layer-quantum-dot interaction in InGaAs self-assembled systems Quantum Electronics, IEEE Journal of Volume 41, Issue 3, March 2005 Page(s):344 350

123. Joseph H. Zarrabi, E. L. Portnoi and A. V. Chelnokov, "Passive mode locking of a multistripe single quantum well GaAs laser diode with an intracavity saturable absorber, Applied Physics Letters ~ September 23, 1991 — Volume 59, Issue 13, pp. 1526-1528

124. Jung-Hoon Ser; Lee, Y.H.; Jong-Wook Kim; Jae-Eung Oh; "Enhanced quantum-confined Stark effect of vertically coupled quantum dots at room temperature", Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), 7-12 May 2000 Page(s):367 368.