Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Физика наносистем: Нанофизика: Лазеры на квантовых ямах и точках

Рис.1
Рис. 2
Рис. 3
Рис.4

Квантовые точки и ямы эффективно используются для создания лазеров небольшой мощности с высоким КПД. Такие лазеры используются в волоконно-оптических линиях связи. Одним из классических примеров является лазер, основанный на широко используемом в микроэлектронике гетеропереходе между слоями арсенида галлия GaAs и арсенида алюминия-галлия AlxGa1-xAs. На рис.1 показана схема энергетических зон такого перехода, на рис. 2 – квантовая яма, образованная двумя такими переходами (тонкий слой GaAs находится между слоями AlxGa1-xAs).

На рис. 3 показана энергетическая схема лазера на квантовой яме. Ширина запрещенной зоны в арсениде галлия составляет 1,5 эВ, а в твердом растворе AlxGa1-xAs она растет с ростом x. При x = 1, то есть в соединении AlAs, ширина запрещенной зоны равна 2,2 эВ. Эффективная масса электрона в арсениде галлия равна m1 = 0,067me, где me – масса покоя электрона. Именно благодаря малости эффективной массы арсенид галлия получил широкое распространение. Эффективная масса дырки в GaAs равна m2 = 0,45me.

Какую длину волны генерирует рассматриваемый лазер, если толщина слоя арсенида галлия равна d = 10 нм? (3 балла).

В целях экономии энергии и минимизации конструкций мощность лазеров в оптических линиях связи стремятся уменьшить. Однако сколь угодно малой её сделать нельзя.

Оцените минимальную (пороговую) и максимальную интенсивность света, которую можно получить на выходе из данного лазера, считая, что одно из зеркал резонатора глухое (отражает свет полностью), а другое имеет коэффициент отражения R = 0,9. Длина резонатора L = 100 мкм (5 баллов).

В последнее время во многих лабораториях мира ведутся работы по созданию лазеров на квантовых точках. Такие лазеры замечательны не только тем, что имеют очень малые размеры, но и тем, что могут включаться уже при очень низкой мощности.

На рис. 4 изображён микродисковый лазер из слоя арсенида индия на поверхности арсенида галлия. Различие кристаллической структуры двух веществ приводит к образованию островков арсенида индия размером около 25 нм, которые и служат квантовыми точками. Затем, с помощью травления, получены диски диаметром 1.8 мкм на колоннах из арсенида галлия, содержащие около 130 квантовых точек.

Размеры диска и квантовых точек выбраны таким образом, чтобы создать эффект «шепчущей галереи», когда электромагнитная волна распространяется вдоль края диска. В этой области содержится около 60 квантовых точек, которые и образуют лазер. Испускание света вызывается освещением диска на другой, нерезонансной длине волны.

Найдите длину волны, генерируемой таким лазером, и оцените ширину главной спектральной линии при температурах 50 К и 300 К. Как влияет дисперсия размеров квантовых точек и флуктуации их размеров за счёт теплового движения на спектр и мощность этого лазера? Как зависит мощность от числа квантовых точек на рабочей поверхности? (5 баллов).

Что может служить накачкой в данном лазере, и свет какой длины волны может вызывать выход лазерного импульса из «шепчущей галереи» (т.е. служить «фотонным турникетом»)? (2 балла).

Предложите и обоснуйте другие принципиальные схемы лазеров на квантовых точках (4 балла).

 

Прикрепленные файлы:
ph1.doc (51.50 Кб.)

 



Решение

Страж Нанопорядка
Страж Нанопорядка

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Нитрид-борные нанокомпозиты для доставки лекарств. 2D наноматериалы помогут создать портативную искусственную почку. Обзор по cтрейнтронике. Доставка лекарств с помощью борнитридных фуллеренов. Речные фуллерены. Научный хит-парад 2018 по версии APS

Лекция Константина Севернинова: от бактериального иммунитета к геномному редактированию
20 декабря состоялась лекция молекулярного биолога, профессора Константина Северинова.
На лекции обсуждались вопросы: какова природа генетических болезней, и сможем ли мы лечить их в ближайшем будущем; что такое система CRISPR-Cas, и как бактерии используют её для борьбы с вирусами, и как изучение этого необычного механизма привело к созданию мощного инструмента геномного редактирования.

Наносистемы: физика, химия, математика (2018, том 9, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume9/9-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Эффект лотоса
Никельшпарг Эвелина Ильинична
Кратко и поэтично об одном из самых известных эффектов, который так любят школьники и участники наноолимпиады - об эффекте лотоса...

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.