gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2018.26.1.081-092gyroscopy-272Research ArticleСтатьиИсточник лазерного излучения для компактного гироскопа на эффекте ядерного магнитного резонансаLaser Source for Compact Nuclear Magnetic Resonance GyroscopeМалеевН. А.MaleevN. A.

Малеев Николай Анатольевич. Кандидат технических наук, старший научный сотрудник

БлохинС. А.BlokhinS. A.

Блохин Сергей Анатольевич. Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

БобровМ. В.BobrovM. V.

Бобров Михаил Александрович. Младший научный сотрудник

КузьменковА. Г.KuzmenkovA. G.

Кузьменков Александр Георгиевич. Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник

КулагинаМ. М.KulaginaM. M.

Кулагина Марина Михайловна. Научный сотрудник

УстиновВ. М.UstinovV. M.

Устинов Виктор Михайлович. Доктор физико-математических наук, чл.-корр. РАН, директор

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (С.-Петербург)РоссияIoffe Physico-Engineering Institute of the RAS, RussiaRussian FederationФизико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (С.-Петербург).РоссияIoffe Physico-Engineering Institute of the RAS, RussiaRussian FederationНаучно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур РАН (С.-Петербург)РоссияRAS Scientific and Technological Center of Microelectronics and Submicron Hetero-structuresRussian FederationФизико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (С.-Петербург).РоссияIoffe Physico-Engineering Institute of the RASRussian FederationНаучно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур РАНРоссияRAS Scientific and Technological Center of Microelectronics and Submicron Hetero-structuresRussian Federation2018181120252618192Copyright © Малеев Н.А., Блохин С.А., Бобров М.В., Кузьменков А.Г., Кулагина М.М., Устинов В.М., 20252025Малеев Н.А., Блохин С.А., Бобров М.В., Кузьменков А.Г., Кулагина М.М., Устинов В.М.Maleev N.A., Blokhin S.A., Bobrov M.V., Kuzmenkov A.G., Kulagina M.M., Ustinov V.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/272

Разработаны вертикально-излучающие лазеры спектрального диапазона 895 нм с фиксированным направлением поляризации выходного излучения, обеспечивающие при рабочей температуре 60 °С выходную мощность более 1 мВт в одномодовом режиме с фактором подавления ортогональной поляризации около 20 дБ. На их основе разработан источник лазерного излучения для перспективного компактного гироскопа на эффекте ядерного магнитного резонанса, обеспечивающий точную подстройку длины волны на спектральную линию D1 изотопа Cs133 и формирование коллимированного выходного пучка.

895 nm vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) with fixed output polarization have been developed. Lasers provide more than 1 mW single-mode output power at about 20 dB orthogonal polarization suppression ratio at operation temperature 60°С. The developed VCSELs were used in laser sources for perspective compact nu-clear-magnetic-resonance gyroscope. Designed laser source provides precise wave-length tuning to the D1 line of Cs133 and collimated output beam.

Источник лазерного излучениякомпактный гироскопядерный магнитный резонанс.Laser sourcecompact gyroscopenuclear magnetic resonance.ReferencesDonley, E.A., Kitching, J., Nuclear magnetic resonance gyroscopes, Optical magnetometry, 2013, Cambridge University Press, Ch. 19, pp. 369–386.E. A. Donley, J. Kitching, Nuclear magnetic resonance gyroscopes. In: Optical magnetometry. Сam-bridge university press, Ch. 19, pp. 369-386 (2013)Serkland, D. K., Peake, G. M., Geib, K. M., Lutwak, R., Garvey, R.M., Varghese, M., Mescher, M., VCSELs for atomic clocks, Vertical-cavity surface-emitting lasers X, Proc. SPIE 2006, 6132, 613208.D. K. Serkland, G. M. Peake, K. M. Geib, R. Lutwak, R.M. Garvey; M. Varghese; M. Mescher, VCSELs for atomic clocks, vertical-cavity surface-emitting lasers X, Proc. SPIE 6132, 613208 (2006)Zhong, W., Review of chip-scale atomic clocks based on coherent population trapping, Chin. Phys. B., 2014, vol. 23, No. 3, p. 030601.W. Zhong, Review of chip-scale atomic clocks based on coherent population trapping, Chin. Phys. B., vol. 23, No. 3, 030601 (2014)Walker, T.G., Larsen, M.S., Spin-Exchange Pumped NMR Gyros, Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, 2016, v.65, pp.373–401.T.G.Walker, M.S.Larsen, Spin-exchange pumped NMR gyros, Advances in atomic, molecular, and optical physics, v.65, pp.373-401 (2016)Knapkewicz, P., Dziuban, J., Walczak, R., Mauri, L., Dziuban, P., Gorecki, C., MEMS Cesium Vapor Cell for European Micro-Atomic-Clock, Procedia Engineering, 2010, vol.5, pp.721–724.P.Knapkewicz, J. Dziuban, R. Walczak, L. Mauri, P. Dziuban, C. Gorecki, MEMS Cesium vapor cell for european micro-atomic-clock, Procedia engineering, vol.5, pp.721-724 (2010)Chen, L., Zhou, B., Lei, G., Wu, W., Zhai, Y., Wang, Z., Fang, J., Effects of temperature on Rb and 129Xe spin polarization in a nuclear magnetic resonance gyroscope with low pump power, AIP Advances, 2017, 7, 115101.L.Chen, B. Zhou, G. Lei, W. Wu, Y. Zhai, Z. Wang, J. Fang, Effects of temperature on Rb and 129Xe spin polarization in a nuclear magnetic resonance gyroscope with low pump power, AIP Advances, 7, 115101 (2017)Michalzik, R., VCSELs, Fundamentals, technology and applications of vertical cavity surface-emitting lasers, Springer, 2013.R. Michalzik, VCSELs, Fundamentals, technology and applications of vertical cavity surface- emitting lasers, Springer (2013)Mutig, A., Bimberg, D., Progress on high-speed 980 nm VCSELs for short-reach optical interconnects, Hindawi Publishing Corporation Advances in Optical Technologies 2011, 15.A. Mutig, D. Bimberg, Progress on high-speed 980 nm VCSELs for short-reach optical intercon-nects, Hindawi publishing corporation advances in optical technologies 2011, 15 (2011)Choquette, K.D., Geib, K.M., Ashby, C.I.H., Twesten, R.D., Blum, O., Hou, H.Q., Follstaedt, D.M., Hammons, B.E., Mathes, D., Hull, R., Advances in selective wet oxidation of AlGaAs alloys, IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics, 1997, 3 (3), 916–926.K.D. Choquette, K.M. Geib, C.I. H. Ashby, R.D. Twesten, O. Blum, H. Q. Hou, D. M. Follstaedt, B.E. Hammons, D. Mathes, R. Hull, Advances in selective wet oxidation of AlGaAs alloys, IEEE J. Selected topics in quantum electronics. 3(3), 916–926 (1997)Larsson, A., Advances in VCSELs for communication and sensing, IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics 17, 2011, 1552–1567.A. Larsson, Advances in VCSELs for communication and sensing, IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics 17, 1552–1567 (2011).Tatum, J.A., Evolution of VCSELs, Proc. of SPIE 9001, 2013, 90010C.J.A. Tatum, Evolution of VCSELs, Proc. of SPIE 9001, 90010C (2013).www.pricetonoptronics.com.www.pricetonoptronics.comwww.laserinterprise.com.www.laserinterprise.comAl-Samaneh, A., VCSELs for Atomic Clock Demonstrators, Annual Report 2013, Institute of Optoelectronis, Ulm University.A.Al-Samaneh, VCSELs for Atomic clock demonstrators, Annual report 2013, Institute of optoe-lectronis, Ulm Universityhttp://vixarinc.com/pdf/895S-0000-x002.pdf.http://vixarinc.com/pdf/895S-0000-x002.pdfSerkland, D.K., Geib, K.M., Peake, G.M., Lutwak, R., Rashed, A., Varghese, M., Tepolt, G., Prouty, M., VCSELs for atomic sensors, Vertical-cavity surface-emitting lasers XI, Proc. SPIE, 2007, 6484, 648406.D. K. Serkland, K. M. Geib, G. M. Peake, R. Lutwak, A. Rashed, M. Varghese, G. Tepolt, M. Prouty, VCSELs for atomic sensors, Vertical-cavity surface-emitting lasers XI, Proc. SPIE 6484, 648406 (2007)Wilmsen, C.W., Temkin, H., Coldren, L.A., Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: Design, Fabrication, Characterization, and Applications, Cambridge University Press, 2001.Carl W. Wilmsen, Henryk Temkin, Larry A. Coldren, Vertical-cavity surface-emitting lasers: design, fabrication, characterization, and applications, Cambridge university press (2001)Chang, Y.-C., Coldren, L.A., Efficient, High-Data-Rate, Tapered Oxide-Aperture Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, IEEE J. Selected Topics Quantum. Electron., 2009, 15, 704–715.Y-C. Chang, L.A. Coldren, Efficient, high-data-rate, tapered oxide-aperture vertical-cavity sur-face-emitting lasers, IEEE J. Selected topics quantum. Electron., 15, 704-715 (2009).Pickrella, G.W., Louderbacka, D.A., Fisha, M.A., Hindia, J.J., Lina, H.C., Simpsona, M.C., Guilfoylea, P.S., Lear, K.L., Compositional grading in distributed Bragg reflectors, using discrete alloys, in vertical-cavity surface-emitting lasers, Journal of Crystal Growth, 2005, 280, 54–59.G.W. Pickrella, D.A. Louderbacka, M.A. Fisha, J.J. Hindia, H.C. Lina, M.C. Simpsona, P.S. Guilfoylea, K.L. Lear, Compositional grading in distributed Bragg reflectors, using discrete alloys, in verti-calcavity surface-emitting lasers, Journal of Crystal Growth, 280, 54–59 (2005)Малеев Н.А., Кузьменков А.Г., Кулагина М.М., Задиранов Ю.М., Васильев А.П., Блохин С.А., Шуленков А.С., Трошков С.И., Гладышев А.Г., Надточий А.М., Павлов М.М., Бобров М.А., Назарук Д.Е., Устинов В.М. Пространственно-одномодовые полупроводниковые вертикально-излучающие лазеры с неплоским верхним распределенным брэгговским отражателем // ФТП. 2013. Т. 47. С. 985–989.N.A. Maleev, A.G. Kuz`menkov, M.M. Kulagina, Yu.M. Zadiranov,A.P. Vasil`ev, S.A. Blokhin, A.S. Shulenkov, S.I. Troshkov, A.G. Gladyshev, A.M. Nadtochiy, M.M. Pavlov, M.A. Bobrov, D.E. Nazaruk, V.M. Ustinov, Single-spatial-mode semiconductor VCSELs with a nonplanar upper dielectric DBR, Semiconductors, vol.47, pp. 993-996 (2013)Блохин С.А., Малеев Н.А, Кузьменков А.Г., Устинов В.М. Патент РФ на изобретение №2611555, приоритет от 17.12.2015.Блохин С.А., Малеев Н.А, Кузьменков А.Г., Устинов В.М. Патент РФ на изобретение №2611555, приоритет от 17.12.2015Verschuuren, M.A., Gerlach, P., van Sprang, H.A., Polman, A., Improved performance of polarization-stable VCSELs by monolithic sub-wavelength gratings produced by soft nano-imprint lithography, Nanotechnology, 2011, 22, 505201.M.A.Verschuuren, P. Gerlach, H.A. van Sprang, A. Polman, Improved performance of polarization-stable VCSELs by monolithic sub-wavelength gratings produced by soft nano-imprint li-thography, Nanotechnology 22, 505201 (2011)Nazaruk, D.E., Blokhin, S.A., Maleev, N.A., Bobrov, M.A., Kuzmenkov, A.G., Vasil’ev, A.P., Gladyshev, A.G., Pavlov, M.M., Blokhin, A.A., Kulagina, M.M., Vashanova, K.A., Zadiranov, Yu.M., Fefelov, A.G., Ustinov, V.M., Single-mode temperature and polarisation-stable high-speed 850 nm vertical cavity surface emitting lasers, J. Phys.: Conf. Ser., 2014, vol. 572, 1 ArtNo: #012036.D.E. Nazaruk, S.A. Blokhin, N.A. Maleev, M.A. Bobrov, A.G. Kuzmenkov, A.P. Vasil’ev, A.G. Gladyshev, M.M. Pavlov, A.A. Blokhin, M.M. Kulagina, K.A. Vashanova, Yu.M. Zadiranov, A.G. Fefelov, V.M. Ustinov, Single-mode temperature and polarisation-stable high-speed 850nm vertical cavity surface emitting lasers, J. Phys.: Conf. Ser., v.572, 1 ArtNo: #012036 (2014)Sakamoto, A., Nakamura, T., Nakayama, H., Fabrication control during AlAs oxidation of the VCSELs via optical probing technique of AlAs lateral oxidation (OPTALO), Proc. of SPIE 4649, 2002, 211–217.Akira Sakamoto, Takeshi Nakamura, Hideo Nakayama, Fabrication control during AlAs oxi-dation of the VCSELs via optical probing technique of AlAs lateral oxidation (OPTALO), Proc. of SPIE 4649, 211-217 (2002).Hadley, G.R., Effective index model for vertical-cavity surface-emitting lasers, Opt. Lett., 1995, vol. 20, p. 1483–1485.G. R. Hadley, Effective index model for vertical-cavity surface-emitting lasers, Opt. Lett., Vol. 20. P.1483-1485 (1995).Блохин С.А., Бобров М.А., Кузьменков А.Г., Блохин А.А., Васильев А.П., Гусева Ю.А., Кулагина М.М., Карповский И.О., Задиранов Ю.М., Трошков С.И., Прасолов Н.Д., Брунков П.Н, Левицкий, В.С. Лисак В., Малеев Н.А., Устинов В.М. Исследова-ния диэлектрических распределенных брэгговских отражателей для вертикально-излучающих лазеров ближнего ИК-диапазона // ПЖТФ. 2016. Т. 42. С. 57–65.S.A. Blokhin, M.A. Bobrov, A.G. Kuzmenkov, A.A. Blokhin, A.P. Vasil`ev, Yu.A. Guseva, M.M. Kulagina, I.O. Karpovsky, Yu.M. Zadiranov,S.I. Troshkov, N.D. Prasolov, P.N. Brunkov, V.S. Levitsky, V.Lisak, N.A. Maleev, V.M. Ustinov, A study of distributed dielectric Bragg reflectors for vertically emitting lasers of the near-IR range, Tech. Phys. Lett., v.42, pp. 1049-1053 (2016).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.