ФЦП 1.3 «Разработка технологии производства и создание опытных образцов высокомощных диодных лазерных модулей непрерывного режима работы диапазона 975-980 нм»

    Название ПНИЭР «Разработка технологии производства и создание опытных образцов высокомощных диодных лазерных модулей непрерывного режима работы диапазона 975-980 нм»

Руководитель проекта  к.ф.-м.н. Одноблюдов Максим Анатольевич

Получатель субсидии –Университет ИТМО.

Индустриальный партнёр – ГНЦ РФ АО «НПО «ЦНИИТМАШ» 

Задачи в проекте: внебюджетное финансирование проекта и внедрение (промышленное освоение) результатов

       

  Соисполнитель: СПбАУ РАН, Академический университет

  Задачи в проекте: разработка и изготовление лазерных гетероструктур.

        

 

Основанием для работы является Соглашение о предоставлении субсидии от 26 сентября 2017 г. № 14.578.21.0254 с Минобрнауки России на выполнение прикладных научных исследований и экспериментальных разработок по теме:      «Разработка технологии производства и создание опытных образцов высокомощных диодных лазерных модулей непрерывного режима работы диапазона 975-980 нм» (уникальный идентификатор ПНИЭР: RFMEFI58114X0006).

       Цель работы:

       Проведение прикладных научных исследований в области синтеза полупроводниковых наноматериалов, технологии их обработки, моделирования и изготовления полупроводниковых приборов, направленных на создание высокомощных лазерных источников спектрального диапазона вблизи 0.98 мкм.

       Задачи:

       - оптимизация конструкции мощных полупроводниковых лазерных диодов спектрального диапазона 0.98 мкм на основеnэпитаксиальных гетероструктур InGaAs/GaAs/AlGaAs посредством моделирования и численных расчетов их зонной и модовой структуры;

       - разработка лабораторной технологии создания методом молекулярно-пучковой эпитаксии многослойных                                эпитаксиальных гетероструктур InGaAs/GaAs/AlGaAs, оптимизированных для создания на их основе мощных полупроводниковых лазеров спектрального диапазона около 0.98 мкм, а также отработка методов их диагностики, в том  числе экспресс-диагностики, обеспечивающих высокое структурное и оптическое совершенство, точность синтеза структур, характеризующихся рассогласованием параметров кристаллических решеток;

- разработка лабораторной технологии изготовления кристаллов и развитие методов характеризации параметров мощных полупроводниковых лазерных диодов спектрального диапазона 0.98 мкм с широкой апертурой, обеспечивающих достижение высокой мощности излучения в непрерывном режиме накачки при комнатной температуре;

       - разработка конструкции мощного диодного лазерного модуля непрерывного излучения спектрального диапазона 0.98 нм с выходной оптической мощностью не менее 400 Вт;

       - разработка конструкции опытного образца лазерной головки 3D-принтера на основе диодного лазерного модуля спектрального диапазона 0.98 мкм с выходной оптической мощностью не менее 400 Вт.

       Цели проекта соответствуют приоритету научно-технологического развития Российской Федерации в части  перехода к интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования.

 

       В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 26.09.2017 № 14.578.21.0254 с Минобрнауки  России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным      направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» Мероприятие 1.3 на этапе 1 в период с 26.09.2017 по 29.12.2017 за счет бюджетных средств выполнялись следующие работы:

     - Проведение аналитического обзора научно-технической, нормативной и методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.

       - Проведение патентных исследований.

       - Проведение аналитического обзора отечественного и зарубежного рынка на мощные лазерные модули и перспективы его развития до 2025года.

       - Обоснование выбора и направлений исследований в рамках ПНИЭР.

       - Выполнено математическое моделирование и численный расчет зонной и модовой структуры лазерной гетер структуры InAlGaAs/GaAs с напряженными квантовыми ямами;

       - Выполнено моделирование и численный расчет модовой структуры полупроводниковых лазеров спектрального диапазона около 0.98 мкм;

       - Проведено математическое моделирование кристалла лазерного диода;

 

        При этом были получены следующие результаты:

        На этапе 1:

1. Подготовлен аналитический обзор научно-технической, нормативной и методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.

2. Проведено исследование патентной информации по теме ПНИЭР.

3. Обоснован оптимальный вариант направления исследований.

4. Разработаны математическая и компьютерная модели для расчетов структуры лазерных эпитаксиальных гетероструктур и на основе этого выполнен численный расчет зонной структуры активной области лазера, излучающего в спектральном диапазоне 975-980 нм. Для полученных вариантов конструкции активной области было выполнено моделирование приборных характеристик лазера, зависящих от свойств активной области – величины порогового тока и его зависимости от конструкции лазерного полоска, внутренней дифференциальной квантовой эффективности, ватт-амперной характеристики в импульсном режиме, температурной чувствительности порогового тока.

5. Проведен численный расчет модовой структуры полупроводниковых лазеров спектрального диапазона 975-980 нм. В отчете рассмотрены основные компоненты эпитаксиальной лазерной гетероструктуры с точки зрения их волноводным свойств и их влияние на параметры излучения. Обосновано использование для мощных лазерных диодов многомодового волновода, работающего на фундаментальной моде за счёт подавления первой и второй мод. Представлена методика расчёта показателей преломления материалов в системе AlGaAs и квантовых ям InGaAs в спектральном диапазоне вблизи 980 нм. Численное моделирование волноводов выполнено в программном пакете FIMMWAVE, описание работы с которым включено в отчёт.

6. Выполнено математического моделирования кристалла лазерного диода, позволяющее рассчитывать структуру оптических мод и протекания тока в кристалле лазерного диода с учетом трехмерной топологии кристалла, слоевого сопротивления и пространственного ограничения протекания тока в лазерном полоске.

 

Полученные результаты и достижения ПНИЭР представлены:

       1.  XIX Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (27 ноября по 1 декабря 2017, г.Санкт-Петербург, СПбАУ РАН ).

       Выполненный объем работ по этапу 1 за счет средств Субсидии полностью соответствует поставленной цели и задачам ПНИЭР, перечню работ прописанным в плане-графике, техническим характеристикам и требованиям в ТЗ.

Информация © 2015-2018 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Департамент информационных технологий