Полупроводниковые вертикально-излучающие лазеры для компактных атомных сенсоров

В последние годы компактные атомные сенсоры (компактные атомные часы, гироскопы наядерном магнитном резонансе, миниатюрные магнетометры) являются предметом большогоколичества исследований, в том числе в связи с возможностью из применения в компактныхсистемах навигации. В данных устройствах используются эффекты взаимодействия оптическогоизлучения с тонкой структурой энергетических уровней в атомах газов щелочных металлов (рубидияили цезия) [1]. При этом в качестве источников излучения используются компактныеполупроводниковые вертикально-излучающие лазеры, к параметрам которых предъявляются жесткиетребования. Например, при использовании в компактных атомных часах кроме точного попадания втребуемую спектральную линию (например, D1 133 изотопа цезия (894.3 нм), излучение такого лазерадолжно быть одномодовым с коэффициентом подавления боковых мод более 20 дБ, линейнополяризованным с коэффициентом подавления ортогональной поляризации более 15 дБ, иметьширину линии менее 100 МГц, ширина полосы частот эффективной модуляции лазера должнапревышать 5 ГГц, а типичный диапазон рабочих температур составляет 60 – 90 ͦС.В настоящей работе для создания вертикально-излучающих лазеров использовалась структура снелегированными распределенными брэгговскими отражателями, внутрирезонаторными контактамии активной областью на основе InGaAs квантовых ям, выращенная методом молекулярно-пучковойэпитаксии. Стабилизация направления поляризации излучения, показанная на рис.1, обеспечиваласьромбовидной формой токовой апертурой, получаемой при селективном окислением в парах водыслоя AlGaAs специальной конструкции [2]. Созданные лазеры демонстрируют высокую выходную мощность в одномодовом режиме сфиксированной поляризацией (более 1 мВт), пороговый ток менее 1 мА, эффективную частотумодуляции более 5 ГГц и ширину линии излучения менее 60 МГц при температурах 65 – 75 ͦС.Достигнутые характеристики обеспечивают возможность эффективного применения разработанныхлазеров в компактных атомных сенсорах.