Projects

Details

This program is financed by the Marie Sklodowska-Curie fellowship via the Polish National Science Centre, within the Horizon 2020 EU framework program under grant agreement No. 66577

Project Motivation: Crystals tend to conduct heat very well, with a diamond made out of carbon being the best conductor. The ability of crystal to conduct heat efficiently is associated with the motion of electrons or collective motion of atoms (or ions) in the form of propagating thermo-mechanical waves enabled by an ordered array of atoms/ions forming the crystal. However, atoms in glasses, such as  oxide-based optical glasses rarely crystallize and exhibit very low thermal conductivity because there are few propagating thermal waves inside of them. Furthermore thermal conductivity of these glasses is not only low, but its range is also very narrow.

Project Description and Development: In our project we use computer models and simulations to explore a possibility that high pressure densified glasses might have much larger thermal conductivity than regular glasses. Computer simulations are used to create atomic models of glass structures with various pressures applied during structure generation and determination of thermal conductivity (Fig. 1). The simulation and theoretical consideration provide guidance for us to select composition and pressure conditions for experimental part of the program (Fig. 2). We synthesized oxide based glasses with a large boron enabling significant densification and atomic coordination change under pressures below 2 GPA allowing for pressure treatment of macroscopic samples. Currently with the use of IHPP facilities we densify macroscopic glass samples under a range of pressure and temperature protocols. We will determine structural characteristic and thermo-mechanical properties of these glasses, most prominently thermal conductivity. The experimental results will feed back to the modeling effort by verifying the predictions of simulation, and, if needed, by guiding the design of more accurate models.

Fig. 1. Thermal conductivity as a function of densification pressure determined for SiO2 glasses  modeled with molecular dynamics

Fig. 2. Atomic configuration of (left) as-prepared and (right) 2 GPa hot compressed 24Li2O-21Al2O3-55B2O3 glasses using prototypes of our new empirical potentials. For clarity, only oxygen and boron atoms are shown: 3-folded B in blue, 4-folded B in black, O in red.

Project Team:

Principal Investigator:

Pawel Keblinski, IHPP & Rensselaer 
Polytechnic Institute, Troy, NY, USA

Research Partner:

Sylwester Rzoska, 
IHPP

Junior Researcher:

Jihui Nie, IHPP & Rensselaer
Polytechnic Institute, Troy, NY, USA

 

Junior Researcher:

Szymon Starzonek, 
IHPP

Research Collaborator:

Liping Huang, Rensselaer 
Polytechnic Institute, Troy, NY, USA


Contact: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Details

Niezawodne źródła laserowe do monitorowania środowiska działające w zakresie widzialnym i bliskiego ultrafioletu
RelyLa


Projekt realizowany jest w ramach trzeciego konkursu w obszarze fotoniki Polska – Berlin-Branderburgia.
Okres realizacji projektu: 1.01.2018 – 31.12.2020


Partnerzy konsorcjum:

  • Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk, Polska
  • TopGaN sp. z o.o., Polska
  • Ferdinand-Braun-Institut, Niemcy
  • Eagleyard Photonics, Niemcy

Opis projektu:

Projekt RelyLa ma na celu rozwój niezawodnych źródeł laserowych o długości fali emisji z nadfioletu do niebieskiego obszaru spektralnego, który może być wykorzystany do monitorowania środowiska. Projekt skoncentruje się na trzech długościach fal 389 nm, 405 nm i 434 nm, które związane są z liniami absorpcyjnymi ołowiu (389 nm), rtęci (405 nm) i amoniaku (217 nm po podwojeniu częstotliwości 434 nm) – przy czym Polska strona skupi się na długości fali 389 nm. W związku z tym, iż celem projektu jest stworzenie diod laserowych nieograniczających się tylko do środowiska naukowego, lecz są także przeznaczone dla klientów z branży, punktem docelowym jest opracowanie urządzeń o wysokiej niezawodności (czasów życia).

Lasery emitujące od nadfioletu do niebieskiego bazują na systemie materiałów (Al,In)GaN. Różne długości fali można osiągnąć za pomocą wyhodowania różnych struktur półprzewodnikowych. Wysokie moce optyczne, wraz z wysoką jakością wiązki, będą otrzymane ze sprzężenia wzmacniacza optycznego – za które odpowiedzialna będzie Polska strona – z diodą laserową oraz laserem diodowym z zewnętrzna wnęką (ECDL). Ponadto, wąskie szerokości widma emisji będą otrzymane przez diody laserowe z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym (DFB) – wytworzonym przez Instytut Ferdynanda Brauna. Wybór konkretnego typu systemu laserowego zależy od konkretnego zastosowania, w zależności od najbardziej pożądanego parametru (moc optyczną, jakość wiązki, długość fali, szerokość linii, dostrajalność i/lub przestrajalność długości fali, koszty). Wzmacniacze optyczne (SOA) oraz lasery z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym (DFB) zostały z powodzeniem opracowane przez Instytut Wysokich Ciśnień PAN, firmę TopGaN, Instytut Ferdynanda Brauna oraz firmę eagleyard Photonics w poprzednim wspólnym projekcie BriVi  (o długości fali odpowiednio 405 nm i 436 nm). Niezawodność urządzeń jest jednak w wielu przypadkach niewystarczająca dla potrzeb klientów przemysłowych. Szczególnie dla diod laserowych DFB opracowanych w Instytucie Ferdynanda Brauna kwestią jest nie tylko przedłużenie ich żywotności, ale nawet osiągniecia emisji na fali ciągłej (CW).

Linki:

Trzeci konkurs w obszarze fotoniki w ramach współpracy Polska – Berlin-Brandenburgia - wyniki

Details

Nr umowy: 1/POLBER/1/2014

Partnerzy konsorcjum międzynarodowego:

  • Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut fuer Hoechstfrequenztechnik, Niemcy
  • Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk, Polska
  • Eagleyard Photonics, Niemcy
  • TopGaN sp. z o.o., Polska

Okres realizacji projektu: 10.2014 – 09.2017
Wartość projektu: 2 040 410 EUR
W tym IWC PAN i TopGaN Sp. z o.o.: 2 878 056,44 PLN

Celem projektu BriVi jest stworzenie azotkowych diod laserowych oraz opartych na nich systemów MOPA (Master Oscillator Power Amplifier), o dużej jasności i mocy optycznej oraz wysokiej jakości wiązki w zakresie emisji 405-440 nm. Zastosowania tych laserów to detektory rtęci, detektory NOx dla medycyny, systemy druku oraz laserowa litografia. W przyszłości, po rozszerzeniu długości fali do 480 nm, możliwe będzie zastosowanie w telekomunikacji

Cel osiągnięty będzie poprzez dwa podejścia:

  1. Integrację standardowej diody laserowej umieszczonej w zewnętrznym rezonatorze ze wzmacniaczem optycznym o zmiennej szerokości falowodu,
  2. Integracja diody laserowej typu DFB ze wzmacniaczem optycznym o zmiennej szerokości falowodu.

Dzięki współpracy partnerów możliwe będzie wytworzenie układów fotonicznych opartych na GaN i otrzymanie przyrządów o nowej funkcjonalności. Opracowane rozwiązania zostaną wdrożone i umożliwią, u obu partnerów przemysłowych, zajęcie niszy rynkowej. Konsorcjum będzie tworzyć jedną z największych grup badawczych w dziedzinie laserów azotkowych w Europie, co zwiększy konkurencyjność, zwłaszcza wobec firm azjatyckich.

Details

Tunnel junction and its applications for GaN based optoelectronics

Project is carried out within the TeamTech programme of the Foundation for Polish Science

Programme description:

Programme TEAM-TECH offers grants for research teams headed by leading scientists carrying out R&D projects related to a new product or production process (technological or manufacturing) of significant importance for the economy.

Project goal:

New concept of p-n tunnel junctions and their application in novel optoelectronic GaN-based devices will be investigated. Tunnel junctions may be applied to multicolor LEDs, vertical laser diodes, high power laser diode arrays, efficient solar cells or vertical n-p-n transistors. These devices will be fabricated using plasma assisted molecular beam epitaxy.

Project description:

New concept of p-n tunnel junctions and their application in novel optoelectronic GaN-based devices will be investigated. Tunnel junctions may be applied to multicolor LEDs, vertical laser diodes, high power laser diode arrays, efficient solar cells or vertical n-p-n transistors. These devices will be fabricated using plasma assisted molecular beam epitaxy.
The project will involve collaboration between the Institute of High Pressure Physics Polis Academy of Sciences, Faculty of Physics Warsaw University, Faculty of Physics Wrocław University of Technology, Technical Universities of Madrid and Montpellier and TopGaN company, that develops commercial nitride laser diode solutions.
The innovative concept proposed in the project is based on the unique construction of the p-n tunnel junction that provides high tunneling efficiency through the junction minimizing its resistivity. The concept makes use of very high electric fields present in wurtzite crystal structure that modify the nitride tunnel junctions properties.
We will aim at fabrication edge-emitting laser diodes emitting at 480-490 nm (DFB – Distributed Feedback) and cascade multicolor LEDs.  We will investigate the possibility of the application of tunnel junctions in monolithic vertical cavity surface emitting laser diodes (VCSELs).

Scientific results obtained in the Project will be commercialized in TopGaN company that will support the scientists in laser diodes and LEDs processing.

More information on the Project and research carried out in MBE Laboratory can be found at http://www.unipress.waw.pl/mbe/en/teamtech

Research team:

Research team of our TeamTECH project consists of experts in MBE, laser physics, modelling and laser processing:

prof. Czesław Skierbiszewski dr inż. Grzegorz Muzioł mgr inż. Krzesimir Nowakowski-Szkudlarek mgr Maciej Mikosza mgr Anna Feduniewicz-Żmuda dr inż. Marcin Siekacz dr inż. Marta Sawicka mgr Mateusz Hajdel mgr Mikołaj Żak inż. Mikołaj Chlipała inż. Julia Sławińska

International collaboration:

Project is carried out in collaboration with:

  • Faculty of Physics, Warsaw University (FP WU)
  • TopGaN Ltd.
  • ISOM Universidad Politécnica de Madrid,
  • Departament of Experimental Physics, Wrocław University of Technology (DEP WUT)
  • Laboratoire Charles Coulomb, CNRS- Montpellier University 2 (L2C MU)

Stack of two laser diodes interconnected by a tunnel junction

We demonstrated a stack of two III-nitride laser diodes interconnected by a tunnel junction grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy (PAMBE). The most important advantage of laser diode stacks is extremely high slope efficiency. We show the impact of the design of tunnel junction. In particular, we show that, apart from the beneficial piezoelectric polarization inside the TJ, heavy doping reduces the differential resistivity even further. The device starts to lase at a wavelength of 459 nm with a slope efficiency (SE) of 0.7 W/A followed by lasing at 456 nm from the second active region doubling the total SE to 1.4 W/A. This demonstration opens new possibilities for the fabrication of stacks of ultraviolet and visible high power pulsed III-nitride LD. Similar attractive possibility is the integration of multiple laser diodes emitting at the same wavelength in order to obtain ultra-high optical power.

"Stack of two III-nitride laser diodes interconnected by a tunnel junction" M. Siekacz, G. Muziol, M. Hajdel, M. Żak, K. Nowakowski-Szkudlarek, H. Turski, M. Sawicka, P. Wolny, A. Feduniewicz-Żmuda, S. Stanczyk, J. Moneta, and C. Skierbiszewski, Opt. Express 27, 5784-5791 (2019)

https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-27-4-5784