Wavelength-scale lithographic vertical-cavity surface-emitting laser (LI-VCSEL)
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 671670
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH DEMIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Mühendislik Bilimleri, Science and Technology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dikey-kovuklu yüzey-ışımalı lazerler (VCSEL), küçük boyutları, düşük güç tüketimleri, yüksek modülasyon hızları ve düşük maliyetleri nedeniyle optik veri iletişimi ve üç boyutlu algılama için ideal ışık kaynaklarıdır. Daha verimli ve modülasyon hızları yüksek cihazlara karşı sürekli artan talebi karşılamanın anahtarı, kovuk boyutunu dalga boyuna yakın veya daha küçük olacak şekilde ölçeklendirmektir. Mevcut son teknoloji olan ticari oksit-VCSEL teknolojisi, mikro ölçekli kovuk çapları (> 3 µm) için çok başarılı olmuştur, ancak üretim yöntemi daha fazla küçültmek için uygun değildir. Oksit-VCSEL'lerin performansında iyileşme, daha küçük oksit açıklık çapları ile sağlanabilir. Bununla birlikte, oksit tabakasının neden olduğu yüksek termal direnç, özellikle daha küçük boyutlar için cihaz performansını önemli ölçüde düşürür ve bu yöntemi küçültme için güvenilmez hale getirir. Bu çalışmada, enine fotonik ve elektriksel sınırlamanın epitaksiyel büyüme ve litografi ile etkinleştirilebildiği litografik olarak tanımlanmış VCSEL (Li-VCSEL) yöntemini tanıttık ve araştırdık. Enine optik hapsetme, indeks kılavuzluğuyla hapsetmeyi sağlayan kovuk-içi faz-kaydırmalı bir mesa eklenerek elde edildi. Nümerik simülasyon sonuçları, mikron altı boyutlar için bile yüksek kalite faktörleri göstermektedir. Bu boyutlarda tek ve yüksek yoğunluklu dizin lazerlerin gerçekleştirilmesi için ümit vericidir. Üretim aşamaları, alt yarı iletken ayna (DBR) ve kovuk epitaksiyal yapısının büyüttürülmesini, optik litografik süreçler kullanılarak faz-kaydırıcı mesanın tanımlanmasını ve ince film biriktirme teknikleri kullanılarak üst dielektrik aynanın (DBR) biriktirilmesini içerir. Sürekli dalga optik pompalama altında 0,75 ila 2,0 µm arasında değişen mesa çaplarındaki Li-VCSEL'lerden oda sıcaklığında 980 nm civarında lazer ışıması elde ettik ve detaylı karakterizasyonlarını sunduk. Sonuçlar, pratik optoelektronik uygulamalar için elektrikle pompalanan küçük boyutlu lazerlerin gerçekleştirilmesine yönelik önemli bir adım olmuştur.
Özet (Çeviri)
Vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSEL) are the ideal light sources for optical data communication and 3D sensing due to their small size, low power consumption, high-speed modulation, and low cost. The key to meeting the ever-increasing demand for higher efficiency and modulation devices is scaling down the cavities to near- or sub-wavelength sizes. The current state-of-the-art commercial oxide-VCSEL technology has been very successful for micro-scale (>3µm) cavity diameters, but its processing approach is not appropriate for further miniaturization. Improvement in the performance of oxide-VCSELs can be achieved with smaller oxide aperture diameters. However, the high thermal resistance induced by the oxide layer significantly degrades the device performance, especially for the smaller sizes, making this method unreliable for scaling. In this work, we investigated a lithographically defined VCSEL (Li-VCSEL) method in which the transverse photonic and electrical confinement can be enabled by epitaxial growth and lithography. Transverse optical confinement is achieved by introducing an intracavity phase-shifting mesa that provides the confinement by index guiding. Numerical simulation results show high-quality factors even for submicron sizes, which is promising for the realization of submicron size single emitter and high-density array lasers. The fabrication steps include the epitaxial growth of the bottom semiconductor DBR and the cavity, defining the phase-shifting mesa using optical lithographic processes, and the deposition of the top dielectric DBR using thin film deposition techniques. We demonstrated room-temperature lasing around 980 nm from Li-VCSELs with mesa diameters ranging from 0.75 µm to 2.0 µm under continuous-wave optical pumping and presented a detailed characterization of these devices. The results represent a significant step towards the realization of electrically pumped small-size lasers for practical optoelectronics applications.
Benzer Tezler
- Lithographically defined optical micro and nanocavities for enhanced photonic performance
Gelişmiş fotonik performans için litografik olarak tanımlanmış optik mikro ve nano kovuklar
MUHAMMAD SOROUSH SULTANI VALA
Doktora
İngilizce
2025
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH DEMİR
- Optical metasurfaces
Başlık çevirisi yok
FATİH BALLI
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUnıversıty Of KentuckyDR. JOSEPH STRALEY
DR. JEFFREY TODD HASTİNGS
- Strong light-matter interaction in lithography-free perfect absorbers for photoconversion, photodetection, light emission, sensing, and filtering applications
Foto-dönüşüm, foto-algılayıcı, ışık emisyonu, algılama ve filtreleme uygulamaları için litografisiz mükemmel soğurucularda güçlü ışık-madde etkileşimi
AMIR GHOBADI
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Color generation and enhancement using large-scale compatible metamaterial design architectures
Büyük ölçekli üretime uygun metamalzeme tasarım mimarisi kullanarak renk üretme ve iyileştirmesi
ALİ CAHİT KÖŞGER
Doktora
İngilizce
2022
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Design and fabrication of resonant nanoantennas on chalcogenide glasses for nonlinear photonic applications
Doğrusal olmayan fotonik uygulamalar için kalkojen camlar üzerinde rezonant nanoanten tasarımı ve üretimi
HÜSEYİN DUMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. MEHMET BAYINDIR