CC BY
6ВКВ0-2023 СТЕНДОВЫЕ
ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ АЛМАЗА
Чащин В.В. Ч Липатов Е.И. 1,2
1 Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск 2 Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск * E-mail: lloodia@yandex.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-492-493
Алмаз является перспективным полупроводниковым материалом для использования в фотонных и оптических устройствах ввиду своих уникальных свойств. Говоря об использовании алмаза в качестве лазерного активного элемента [1, 2], нельзя не отметить высокий показатель преломления этого материала. При оптической накачке алмазного активного элемента на длине волны X = 532 нм, пропускание составляет около 83%, что делает актуальным дополнительное просветление используемого алмаза. Вместе с этим, используя одномерные фотонные кристаллы, возможно создать зеркала лазерного резонатора с возможностью настройки на определенную длину волны и необходимым коэффициентов отражения.
В представленной работе производился расчет интересующих фотонно-кристаллических структур в программе COMSOL Multiphysics, модуль Wave Optics. В основе расчетов лежит метод конечных элементов: после построения геометрии модели и присвоения материалов, происходит разбиение на сетку, в каждом узле которой происходит расчет уравнений Максвелла. Расчет производился для структур двух типов: многослойные покрытия в качестве отражающих покрытий и субволновые чередующиеся структуры в качестве просветляющих покрытий.
В качестве материалов многослойных покрытий при расчете использовались оксид титана (TiO2) и оксид алюминия (Al2O3). При задании свойств материалов использовались встроенные библиотеки данных: Siefke et al. 2016: Thin film; n,k 0.120-125 цт для слоев TiO2 и Boidin et al. 2016: Thin film; n 0.3-18 цт для слоев Al2O3. Представлены результаты расчетов глухого и полупрозрачного зеркал для длины волны оптической накачки 720 нм.
400 600 800
Длина волны (нм)
Рис. 1. Расчетные спектры пропускания одномерного фотонного кристалла на основе оксидов металлов с минимумом пропускания на длине волны 1=720 нм, где N — количество пар слоев.
В углу представлена используемая геометрия (серый — воздух, красный — слои TiO2, желтый — слои Al2O3, бирюзовый — подложка)
Для расчета просветляющих покрытий для длины волны 532 нм на основе субволновых чередующихся структур на поверхности алмаза использовались каналы с формой сечения полуэллипс. Основной характеристикой для представленных структур является показатель преломления необходимых материалов (воздух, алмаз), с учетом его дисперсии. Однако, поглощение материалов не учитывалось (R + T = 1). Использовалась встроенные в ПО COMSOL Multiphysics таблицы данных: для воздуха: Ciddor 1996, для алмаза: Phillip and Taft 1964.
ВКВО-2023- СТЕНДОВЫЕ
400 500 600 700 800 900
Длщш волны (им)
Рис. 2. Расчетные спектры пропускания эллиптических каналов с расстоянием между каналами 20 нм
При использовании такой геометрии максимально достижимый коэффициент пропускания составляет 99.8% с максимумом на длине волны 537 нм.
В работе представлены результаты моделирования отражающих и просветляющих структур на основе фотонных кристаллов, приведены их геометрические и оптические параметры.
Исследование было выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект № FSWM-2020-0048.
Литература
1. Липатов Е.И., Генин Д.Е., Шулепов М.А. Сверхлюминесценция в фононном крыле спектра фотолюминесценции NV-центров в алмазе при оптической накачке на Х= 532 нм // Квантовая электроника. - 2022. - Т. 52, № 5. - С. 465-468
2. Липатов Е.И., Генин Д.Е., Шулепов М.А. Сверхлюминесценция на NV--центрах в синтетическом алмазе с накачкой лазерным излучением в диапазоне 532-575 нм // Известия высших учебных заведений. Физика. -2022. - Т. 65, № 11. - С. 82-85
