В проекте будет изучаться проблема сверхбыстрой динамики управления интенсивностью мощного лазерного излучения в полупроводниковых гетероструктурах в условиях сверхвысоких уровней токового и оптического возбуждений. Это позволит сформулировать основные принципы создания нового типа генераторов коротких импульсов мощного лазерного излучения (длительность от десятков пс до десятков нс), отличающихся высокой мощностью и энергией генерируемых импульсов (пиковые мощности до единиц кВт), энергоэффективностью (КПД десятки %), простотой изготовления. Такие решения востребованы для широкого спектра практических приложений: широкополосные радарные системы, прецизионная дальнометрия, генераторы терагерцового излучения, тонкая обработка материалов и др. Впервые для управления сверхвысокими интенсивностями лазерного излучения и токами инжекции с субнаносекундной динамикой переходных процессов будут разрабатываться и исследоваться подходы, основанные на использовании эффекта электрической бистабильности в многопереходных полупроводниковых гетероструктурах. Это позволит решить задачу монолитной интеграции быстродействующего ключа и генератора лазерного излучения, что обеспечит предельное быстродействие переходных процессов переключения. Использование эффектов бистабильности обеспечит выполнение принципов малосигнального управления, а интегрированная оптическая активация однородность включения, что критически важно для реализации предельных скоростей переключения высоких уровней токов (до единиц кА) и оптической энергии (несколько кВт). Для решения поставленных в проекте задач будет использоваться комплексный подход, основанный на экспериментальных и теоретических исследованиях динамики бистабильных систем, а также новых разработках в области постростовых технологий и эпитаксиального роста. Впервые будут разработаны модели бистабильных систем на основе полупроводниковых гетероструктур, описывающие процессы транспорта и лазерной генерации, и, учитывающие эффекты, характерные для субнаносекундной динамики переключения сверхвысоких уровней лазерного излучения и токов инжекции: динамика перераспределение электрических полей, энергетическая релаксация горячих носителей, эффекты формирования системы движущихся ионизирующих доменов электрического поля сверхвысокой амплитуды. Впервые будут проведены экспериментальные исследования динамики излучательной эффективности в условиях сверхвысоких уровней лазерного излучения и токов инжекции: нелинейные оптические потери, динамика накопления и транспорта носителей на уровни генерации, модовая конкуренция. Впервые будут сформулированы требования к конструкциям лазерных гетероструктур, обеспечивающим излучение предельной оптической мощности и высокую эффективность в режиме генерации сверхкоротких импульсов.
